[发明专利]一种石墨烯增强蒙乃尔合金的制备方法

说明书

本发明是一种石墨烯增强蒙乃尔合金的制备方法，该方法将石墨烯作为增强相加入蒙乃尔合金基体，该方法首先制备石墨烯或氧化石墨烯和蒙乃尔合金混合粉体、再经过冷压、烧结成型、热锻成型后得到石墨烯增强蒙乃尔合金板材，该方法提供了一种新的弥散强化增强蒙乃尔合金的方法，在增强基体机械强度的同时提高合金的耐蚀性能。该方法工艺操作简单、所需设备简易、生产效率高、制造成本低廉、易于实现大规模产业化。

技术领域

本发明是一种石墨烯增强蒙乃尔合金的制备方法，属于复合金属材料的制备技术领域。

背景技术

石墨烯是一种新型二维纳米材料，其纳米片是由sp2杂化碳原子组成的单原子层厚度的二维材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，强度高下达1.01Tpa，是结构钢的100倍，密度却是结构钢的1/5。导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下电子迁移率超过200000cm2/V·S，高于纳米碳管或硅晶体，电阻率只约1Ω·m，比铝或银更低，为世上电阻率最小的材料。另外，石墨烯化学性质稳定，对气体分子为不可渗透膜，是理想的防腐材料。

石墨烯属于纳米级材料，具有表面活性，易与其他材料粒子结合。纳米粒子最主要的应用是作为其他非纳米材料改性时的填充材料，但很多的纳米粒子制取和保存都相对困难，石墨烯比较便于大规模制取和保存，因此可以用作其他材料改性时的填充材料。由于石墨烯的韧性和强度及表面活性，当作为填充材料时，可使石墨烯成为其他基础材料晶粒之间的隐性焊接材料，在晶粒界面形成链桥效应。基础材料晶粒间通过石墨烯表面活性作用，形成晶粒界面呈现无缝隙连接的形态。基础材料中的晶粒界面形成无缝隙连接后，在外力作用时，其晶界滑移现象减少，抗应力能力增加，从而使得被填充的基础材料的强度随着抗应力能力的提高而增强。另外，石墨烯还可以有效包覆基体材料，隔绝或者减少基体与腐蚀介质的接触从而显著降低基体的腐蚀速率。

蒙乃尔合金是以镍为基体的镍铜合金，其主要成分为约70wt.％的镍和30wt.％的铜，除此外还有少量铁、锰、铝等强化元素。该合金具有优良的耐腐蚀性、耐磨性；高的强度、硬度及良好的加工性能，因此特别适用于要求高强度、耐高压及承受腐蚀介质作用的场合，是应用十分广泛的一类耐蚀材料，广泛应用于航空、航海、炼油、化工、冶金、电器、造纸、食品机械、医疗设备中，如动力工厂的无缝输水管、蒸汽管，海水交换器和蒸发器，硫酸、浓碱管道，化学反应釜、海水环境服役泵轴、螺旋桨等。

随着现代工业的迅速发展，对蒙乃尔合金产品的性能要求越来越高，如各类泵、轴、蒙乃尔合金螺旋桨、高温高压反应釜等都对蒙乃尔合金材料本身的强度提出了新的要求。例如，现阶段石油开采的难度较之以往更大，各类机械装置工作工况越来恶虐，潜油电泵工作过程中的各类蒙乃尔合金轴使用寿命越来越短，目前，传统工艺方法已很难提高蒙乃尔合金基体的强度，在这一背景条件下，使用密度小强度大的石墨烯作为增强材料，在提高蒙乃尔合金基体强度的同时还能降低材料的密度。另外，石墨烯还可以有效包覆基体材料，隔绝或者减少基体与腐蚀介质的接触，进一步提高蒙乃尔合金的抗腐蚀能力。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种石墨烯增强蒙乃尔合金的制备方法，其目的是为了提高蒙乃尔合金的机械强度并进一步提高其耐蚀性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种石墨烯增强蒙乃尔合金的制备方法的步骤如下：

步骤一、利用超声分散仪制备石墨烯或氧化石墨烯单分散溶液，该溶液的溶剂为质量百分比浓度为20％～100％的乙醇、NMP、聚乙二醇或PVP，溶剂的重量为石墨烯或氧化石墨烯的19～191倍；

步骤二、在石墨烯或氧化石墨烯单分散溶液中加入蒙乃尔合金粉体，蒙乃尔合金粉体的加入量占蒙乃尔合金粉体和石墨烯或氧化石墨烯总重量的95％～99.9％；

步骤三、将加入蒙乃尔合金粉体的石墨烯或氧化石墨烯单分散溶液放入球磨罐中球磨5～50h，得到混合溶液；