[发明专利]一种石墨烯和稀土复合增强铝合金半固态浆料的制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯和稀土复合增强铝合金半固态浆料的制备方法，属于金属材料制造技术领域。一种石墨烯和稀土复合增强铝合金半固态浆料的制备方法，包括以下步骤：在熔铸条件下，将铝钇中间合金分批加入熔体，保温一段时间，接着利用高能超声将铝石墨烯中间预制块分批加入熔体中，之后迅速将温度降低至半固态区间，继续超声，随后迅速水淬得到球化均匀的半固态组织。本发明工艺稳定，环保安全，制备的半固态浆料组织明显细化，石墨烯与基体界面结合良好，二次相的分布也较为均匀。

技术领域

本发明属于金属材料制造技术领域，具体涉及一种石墨烯和稀土复合增强铝合金半固态浆料的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，新能源汽车将成为未来汽车行业的主流。为了实现轻量化，大部分新能源汽车零部件的制造均采用了铝合金。但是，单纯的铝合金有时并不能完全满足性能的需求，这时性能优良的铝基复合材料就能派上用场。而石墨烯具有优异的力学、电学和热学等性能，被认为是发展高性能金属基复合材料最具吸引力的纳米增强相。因此，利用石墨烯作为纳米增强体来制备铝基复合材料将具备极其出色的性能。然而当前国内外广泛应用的制备工艺(如粉末冶金、熔体搅拌等)限制了石墨烯增强铝基复合材料的性能提升及推广应用，原因如下：石墨烯在基体中团聚、不良界面反应及制备工艺复杂。针对以上问题，开展新型铸造制备技术研究，探索石墨烯与铝合金均匀化复合集成工艺，缩短制备工艺循环时间及成型复杂构件就显得尤为重要。

金属半固态成形工艺最早是20世纪70年代由的研究人员提出并发展而来，半固态成形即是利用金属材料从固态向液态或从液态向固态转换的过程中所具有的非枝晶状态的特性所实现的成形。与传统铸造和锻造工艺相比，金属半固态成形工艺具有诸多优势，如充型平稳，无湍流和喷溅，卷气少；变形抗力小，减少设备投资，节省能源；成形温度低，模具寿命长；凝固收缩小，制件精度高，几乎是近净成型，节省原材料；成形件内部组织致密，孔洞缺陷少，力学性能高；凝固时间缩短，生产效率高等。半固态加工技术被称为现代冶金新技术，被誉为世纪前沿性金属加工技术。因此，研究石墨烯增强铝基复合材料的半固态成形工艺前景广阔。半固态制浆是半固态成形技术的关键之一，其核心是金属晶粒必须细化和球化。

目前制备半固态浆料的方法主要有等温热处理法、机械搅拌法、超声振动法、电磁搅拌法、近液相线法等。其中的机械搅拌法存在如下缺点：金属熔液容易被搅拌器污染腐蚀，而且时间长了易卷入气体、夹杂物，存在搅拌死区，影响半固态坯料的质量。其中的等温热处理法存在如下缺点：加热温度、保温时间等工艺参数较难控制。其中的电磁搅拌法存在如下缺点：设备投入较大，装置电磁间隙大，漏磁严重，很大一部分能量不能用于金属熔体的搅拌，大大增加了生产成本。近液相线法存在如下缺点：制备周期较长、很难精确控制熔体的浇注温度。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提供一种石墨烯和稀土复合增强铝合金半固态浆料的制备方法。本发明通过溶液分散、真空烧结、超声熔铸的方法来实现稀土和石墨烯复合增强的效果。该方法具有诸多优点：溶液分散不仅不会损伤石墨烯的本身固有的结构，而且对其预分散能起到较好的效果；在金属熔体中导入高能超声波，产生的瞬态高温高压改变了局部的均衡，减少了液面的表面张力并产生强烈的局部冲击，可对团聚相产生强烈击散效果；稀土和石墨烯的加入均能球化铝硅合金的晶粒。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯和稀土复合增强铝合金半固态浆料的制备方法，包括以下步骤：

1)将石墨烯与铝粉利用超声分散混合得到混合液；

2)将混合液在恒温加热磁力搅拌器作用下进行磁力搅拌，搅拌后放入真空干燥箱内烘干，烘干后的粉末放入真空热压烧结炉中烧结得到铝石墨烯(Al-GNPs)中间预制块，将预制块和铝钇(Al-Y)中间合金切成小颗粒并用铝箔纸包覆后备用；