[发明专利]一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属铸造领域，涉及一种铝合金及其铸造方法，具体为一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

轻金属基复合材料是一种优异的结构功能一体化材料，具有高比强度、高比刚度和高比模量，如铝基、镁基复合材料，已成为汽车、电子、航空、海洋等军民工业领域的理想材料。与传统颗粒或纤维增强相不同，二维结构的石墨烯因其超高的强度、模量等物理特性，作为复合材料的增强相，可与基体发挥协同作用，以制备出高性能的复合材料。

石墨烯易产生团聚现象，与金属具有较差的界面润湿性，且由于石墨烯密度远低于铝、镁等金属的密度，在金属熔体中极易产生漂浮，难以均匀分布于金属中。针对上述问题，人们通过石墨烯表面改性、成型方式优化和物理化学反应等手段展开了大量关于石墨烯增强铝、镁等轻金属基复合材料及其成型的研究。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种石墨烯分散均匀，且能够增强铝基复合材料的力学性能的方法，本发明提供了一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法。

技术方案：一种改性石墨烯增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.01～0.3wt.％、铜0.3～2.4wt.％、碳0.2～1.3wt.％、铁1.2～4.6wt.％、碳化硅0.8～1.9wt.％、氧化镧0.1～1.5wt.％、表面活性剂1.9～4.5wt.％、余量为铝。

优选的，改性石墨烯的质量分数百分比为0.01～0.05wt.％。

优选的，碳元素的质量分数百分比为0.5～1.1wt.％。

优选的，碳化硅的质量分数百分比为1.2～1.6wt.％。

优选的，铝元素与改性石墨烯的质量比大于200。

优选的，铝元素与碳元素的质量比大于100。

优选的，铝元素与表面活性剂的质量比大于20。

一种改性石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：

(1)将石墨烯加入无水乙醇中，m/v为1:15～25，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理2～4小时；

(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40～56℃的烘箱中，去除无水乙醇，制得改性石墨烯；

(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入改性石墨烯，在700～750℃内保温30～65分钟；

(4)添加铜、碳、铁、碳化硅和氧化镧后保温搅匀，在750～780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20～40分钟，再加入表面活性剂，在700～720℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；

(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性石墨烯增强铝基复合材料。

优选的，固溶处理的温度为480～530℃，时间为3～17小时。

优选的，时效处理的温度为185～265℃，时间为12～48小时。

有益效果：(1)本发明所述改性石墨烯增强铝基复合材料综合力学性能较好，强度和硬度升高；(2)所述复合材料保持铝基复合材料原有的塑性；(3)本发明所述方法保证了石墨烯与金属熔体间的润湿性，保证复合材料组织致密，界面结合良好，石墨烯呈片状均匀分布在铝基中。

具体实施方式

实施例1

一种改性石墨烯增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.01wt.％、铜0.3wt.％、碳0.2wt.％、铁1.2wt.％、碳化硅0.8wt.％、氧化镧0.1wt.％、表面活性剂1.9wt.％、余量为铝。

一种改性石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：

(1)将石墨烯加入无水乙醇中，m/v为1:15，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理2小时；

(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40℃的烘箱中，去除无水乙醇，制得改性石墨烯；

(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入改性石墨烯，在700℃内保温30分钟；

(4)添加铜、碳、铁、碳化硅和氧化镧后保温搅匀，在750℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20分钟，再加入表面活性剂，在700℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；

(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性石墨烯增强铝基复合材料。

固溶处理的温度为480℃，时间为3小时。