[发明专利]一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法

说明书

本发明提供一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，属于金属材料制造技术领域。一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，包括以下步骤：在熔铸条件下，利用高能超声将铝石墨烯中间预制块分批加入铝合金熔体中，之后迅速降温浇注得到熔铸坯料；接着将熔铸坯料放入真空熔炼炉中进行熔炼，利用交流电产生的电磁力对增强相进一步分散，接着保温，然后迅速喷铸得到喷铸坯料；接着将喷铸坯料在真空热处理炉中进行热处理，最终在合适的工艺参数条件下得到高性能复合材料。本发明工艺稳定，环保安全，制备的复合材料组织明显细化，石墨烯与基体界面结合良好，分布也较为均匀，其综合力学性能得到较大程度的提高。

技术领域

本发明属于金属材料制造技术领域，具体涉及一种复合工艺制备石墨烯增强铝基复合材料的方法。

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。而石墨烯作为纳米碳材料家族中的重要成员，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。石墨烯是一种由碳原子构成的二维纳米材料，由于其独特的二维蜂窝晶体结构和极高的键强度，它的断裂强度高达130Gpa。因此，利用石墨烯的优异性能来有效提高铝合金的综合力学性能，这已成为铝基复合材料领域的研究热点。

当前，石墨烯的分散及其在基体中的含量、界面结合是制备石墨烯铝基复合材料的主要难题。在公开专利号106086543A，名称为：“一种石墨烯增强铝合金材料及制备方法”中选择特定的配方制备出一种石墨烯增强铝合金材料，该方法配比精度高，而且对设备的要求较高，不利于规模化生产。在公开专利号106702193A，名称为：“一种石墨烯/铝复合材料的制备方法”中利用化学镀对石墨烯进行预处理得到镀镍的石墨烯，再混粉进行常规热压烧结。这种方法首先要对石墨烯进行羧基化处理，生产周期长，羧基化率较低，而且化学镀会产生有害物质，对人体伤害大。在公开专利号111020262A，名称为“一种石墨烯增强的铝合金的制备方法”中利用粉体混合球磨并结合热等静压和3D打印技术制备了石墨烯增强铝合金，但是该方法中利用混合粉末球磨容易对石墨烯的结构造成较大损伤，最终影响其增强效果，而且该方法中增强石墨烯的含量范围较大，容易发生团聚，降低产品的性能。在公开专利号109207782A，名称为“一种涂覆氧化钛/氧化石墨烯增强硅相铝基复合材料制备方法”中利用氧化石墨烯涂覆氧化钛后经过混粉、球磨、超声熔铸及后续二次加工的方法制备了石墨烯增强铝基复合材料，但是该方法中存在短板：首先加入的氧化石墨烯本身在石墨烯的基础上引入了缺陷，再加上后面球磨工艺会对其结构有损伤，因而加入的石墨烯的质量会有所降低；其次涂覆氧化钛的过程繁琐，一次只能涂覆较少量的氧化钛，涂覆周期较长；再次该方法是在熔体的液相线附近进行超声，温度较低，加入的石墨烯中间颗粒容易结块，发生团聚簇拥。