[发明专利]一种增材制造覆铜石墨烯/铝合金复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种增材制造覆铜石墨烯/铝合金复合材料的制备方法，包括：S1、对石墨烯片层进行表面金属化处理；S2、将得到表面均匀覆铜的石墨烯片层与铝合金粉末进行湿法低能球磨；S3、过滤、晾干、烘干后进行短时低能干磨，筛粉，得到覆铜石墨烯/铝合金复合粉末；S4、采用增材制造工艺直接成型高致密的覆铜石墨烯/铝合金复合材料。本发明通过先采用化学法对石墨烯片层进行表面金属化处理，接着采用湿法低能球磨工艺得到复合粉末，最后通过增材制造技术制备得到石墨烯分布均匀、界面结合良好，且具有优异的热学以及力学性能的覆铜石墨烯/铝合金复合材料；该复合材料在航空、航天领域轻量化、高性能先进结构有着良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种增材制造覆铜石墨烯/铝合金复合材料的制备方法。

背景技术

铝合金具有轻质、比强度比刚度高、导热性能好等优点，可以很好地满足多种产品结构轻量化和散热需求，广泛应用于航天、航空、汽车、电子及通讯等领域。在航空航天等高端制造领域，轻量化、高性能、高可靠性、结构功能一体化设计对铝合金材料及其加工工艺提出了更高的要求。而常规的铝合金材料和制造工艺已经不能满足需求，迫切要求开展新型铝合金复合材料及制造工艺的研发。

石墨烯是一种具有特殊结构的二维材料，有着高强度、高导电和高导热等诸多特点，是一种理想的增强体材料。研究表明将石墨烯引入铝合金中，可以同时改善铝合金的力学性能和热学性能。但石墨烯作为一种二维材料，比表面积大，且与铝基体之间的润湿性差，容易团聚，大大削弱了增强效果，限制了石墨烯/铝合金复合材料的发展和应用。

相比于传统的铸造、粉末冶金等制备技术，基于“离散+堆积”制造思想的选区激光熔化技术是一种兼顾精确成形和高性能成形需求的一体化制造技术，可以实现高性能复杂金属结构的无模具、快速、高性能近净成形，在高端装备铝合金及其复合材料整体结构制造领域展示出了广阔的应用前景。但增材制造石墨烯/铝合金复合材料面临如下问题：(1)石墨烯/铝合金复合粉末易团聚，难以均匀分布于铝合金基体中，且容易导致熔合不良缺陷；(2)石墨烯在激光辐照及高温熔池中易发生分解，无法充分发挥石墨烯结构优异的热学和力学性能。

发明内容

为解决现有石墨烯/铝合金复合粉末易团聚，难以均匀分布于铝合金基体中，且容易导致熔合不良缺陷；以及石墨烯在激光辐照及高温熔池中易发生分解，无法充分发挥石墨烯结构优异的热学和力学性能的技术问题，本发明提供了一种增材制造覆铜石墨烯/铝合金复合材料的制备方法。该制备方法能得到石墨烯分布均匀、界面结合良好的覆铜石墨烯/铝合金复合材料。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种增材制造覆铜石墨烯/铝合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、对石墨烯片层进行表面金属化处理，得到表面均匀覆铜的石墨烯片层；

S2、将得到表面均匀覆铜的石墨烯片层与铝合金粉末进行湿法低能球磨，得到覆铜石墨烯/铝合金粉末；

S3、将覆铜石墨烯/铝合金粉末过滤、晾干、烘干后进行短时低能干磨，筛粉，得到覆铜石墨烯/铝合金复合粉末；

S4、采用增材制造工艺直接成型高致密的覆铜石墨烯/铝合金复合材料。

在一些实施例中，步骤S2包括以下步骤：

S2-1、将表面均匀覆铜的石墨烯片层溶入无水乙醇中，并进行超声分散得到覆铜石墨烯溶液；

S2-2、将得到覆铜石墨烯溶液装入球磨罐中，按质量比例加入铝合金粉末及磨球，进行湿法低能球磨，过滤、烘干，得到覆铜石墨烯/铝合金粉末。

在一些实施例中，步骤S2-1中，所述表面均匀覆铜的石墨烯片层与无水乙醇的比例为1g石墨烯溶入50ml无水乙醇中，超声分散时间为25～35min。