[发明专利]一种铸造石墨烯/铝合金复合材料的制备方法及铸造石墨烯/铝合金复合材料

说明书

本发明公开的铸造石墨烯/铝合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)石墨烯金属化步骤；(2)钛复合处理步骤；(3)硼酸包覆步骤；(4)制备铸造石墨烯/铝合金复合材料步骤。本发明克服了石墨烯与铝合金基之间的界面润湿性差的缺点，有效解决了石墨烯和金属在高温下的氧化，避免了因石墨烯颗粒的团聚与上浮而造成的基体中分布不均匀等不良现象，进而提高了复合材料的耐热性、强度和耐磨性等综合性能。

技术领域

本发明涉及石墨烯金属基复合材料技术领域，特别涉及一种铸造石墨烯/铝合金复合材料的制备方法及铸造石墨烯/铝合金复合材料。

背景技术

铝基石墨烯自润滑复合材料具有优良的耐磨性、抗擦伤性和自润滑性，同时大大改善了传统材料的吸震性能和切削加工性能，适合制作汽车活塞、缸套、轴瓦等耐磨件，在制造发动机和其他机械上的摩擦副耐磨件等有重要的应用及广阔前景。

在过去相当长的时间里，传统的石墨烯与铝基复合材料没有得到很好的发展，其关键原因是铝与石墨烯的润湿性差，做到均匀的混合并不是容易的事。首先引入“粉末冶金”法，但此法工艺过程复杂，成本高，且只能做形状简单的小件，而且产品也难以完全避免多孔现象。后来人们采用空气或者惰性气体向铝的熔化液中喷入石墨烯的“喷入法”，此过程中，因石墨烯的比表面积超大，含大量的气泡，不但不能使石墨烯进入铝液，相反，被气泡带出去。之后，人们采用将石墨烯加入到有机械搅拌形成的滤液旋涡中的“旋涡法”，这种方法中，浸润温度较高，易使碳与铝金属发生激烈的反应，影响其覆合材料的综合性能。

传统的石墨烯与铝基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、搅拌铸造法和挤压铸造法等，其中搅拌铸造法具有操作简单、工艺成本低廉的优点，但又有明显的工艺缺陷，铸锭的气孔率高，致使材料的力学性能受损，其根本原因是搅拌铸造过程中，将粉体加入的同时，也带入了部分气体，若不能将气体从熔体中及时排出，会导致气孔率高，损害复合材料的整体力学性能。特别是铝合金中的氢会增加脆性，将严重破坏铝基复合材料的性能。

目前，利用改变合金熔炼方式、调控成分，微调热处理和变形工艺等方式在进一步提高铝合金性能方面很难有突破；在铝合金中添加石墨、碳化硅、碳化硼和碳纳米管等来制备铝基复合材料，但增强效果不尽人意，并且材料的塑性降低，零件的抗破坏能力性能下降。

中国发明专利申请公布号CN106513621A公布了一种石墨烯/铝复合材料的制备方法，其采用具有半固态温度区间的铝合金粉及石墨烯为原料，只要步骤为：(1)石墨烯化学镀镍；(2)混料；(3)压制；(4)半固态挤压。该专利制得的石墨烯/铝复合材料，镀镍石墨烯与铝合金润湿性好、冶金结合强度高，镀镍石墨烯在基体铝合金中的分布均匀，组织致密，具有高比强度、高比刚度、良好的导热性及导电性，在国防军工、航空航天，电力、热交换等诸多领域具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于针对现有传统的石墨烯与铝基复合材料的制备方法所存在的上述技术问题而提供一种铸造石墨烯/铝合金复合材料的制备方法，该方法采用镀覆金属涂层、硼酸的处理和加入钛等对石墨烯表面进行预处理，克服了石墨烯与铝合金基之间的界面润湿性差的缺点，有效解决了石墨烯和金属在高温下的氧化，避免了因石墨烯颗粒的团聚与上浮而造成的基体中分布不均匀等不良现象，进而提高了复合材料的耐热性、强度和耐磨性等综合性能。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供利用上述制备方法制备的铸造石墨烯/铝合金复合材料。

作为本发明第一方面的铸造石墨烯/铝合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)石墨烯金属化步骤

在石墨烯表面形成金属镀层得到金属化的石墨烯；

(2)钛复合处理步骤

在步骤(1)制备的金属化的石墨烯上复合金属钛，得到含钛的金属复合石墨烯块；

(3)硼酸包覆步骤