[发明专利]一种聚乙二醇修复石墨烯增强铝基复合材料的制备方法

说明书

一种聚乙二醇修复石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，涉及一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。目的是解决助磨剂在铝合金基体中产生残留的问题，并且实现石墨烯自修复。制备：称取石墨烯、聚乙二醇和铝金属粉末，装入球磨罐中球磨，冷压，冷压后进行复合材料的制备。助磨剂聚乙二醇热分解产生活性C原子，吸附在石墨烯缺陷处使得石墨烯结构完整性大幅度提升，并且形成了良好的界面连接，使材料整体性能有较大提升，并且聚乙二醇利于铝金属粉末成片，解决了单层或少层石墨烯在铝基复合材料中的分散难度大的问题和减少铝金属粉末间的冷焊，易除去，制备的少层石墨烯增强铝基复合材料的综合性能优异。本发明适用于制备石墨烯增强铝基复合材料。

技术领域：

本发明涉及一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术：

石墨烯具有高达125GPa的抗拉强度、1TPa的弹性模量和5000W/(m·K)的热导率，无疑是一种综合性能优越的、近乎理想的增强体。石墨烯按照层数可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯(3～10层)和多层石墨烯(层数大于10层，总厚度小于10nm)。目前采用石墨烯来改善树脂和陶瓷的性能的研究最为活跃，而利用石墨烯增强金属基，尤其是增强铝基复合材料的研究相对较少。制备的工艺方法主要是固相法和液相法，固相法包括各种粉末冶金方法、搅拌摩擦焊以及最新的放电等离子烧结(SPS)法等，液相法包括压力浸渗法等。

石墨烯增强铝基复合材料有广泛的应用前景，利用剪切滞后模型计算其理论拉伸强度高达1.5GPa，但是实际研究中发现其高性能只在添加极少量石墨烯(＜0.5～1wt.％)时有部分体现，在高含量石墨烯添加的过程中其实际强度迅速下降，远远偏离理论计算强度。这是由于目前研究中常见的铝粉形貌为球型，球型铝粉本身比表面积较低，表面吸附石墨烯含量少，很难制备高体积分数的石墨烯增强铝基复合材料，且片状铝粉有着更高的理论堆积密度，更有利于降低孔隙率，提升材料的综合性能；高含量石墨烯本身极易团聚，在复合材料中团聚形成孔洞，反而减弱了基体的强度；单层石墨烯造价昂贵，难以大规模使用，目前研究中使用的石墨烯多为层数在10～50层的少层石墨烯微片，石墨烯层间范德华力弱于共价键结合，在断裂时若发生层间滑移，则石墨烯很难起到增强作用，因此希望通过球磨的方式实现石墨烯的打开；球磨有利于石墨烯的分散与打开，但是常见助磨剂，如硅烷偶联剂、离子型表面活性剂、硬脂酸等，助磨剂分解困难或分解产生Si、Na等杂质，会残留在铝合金基体中，都会改变铝合金成分，降低产品性能，对后续加工使用产生影响。

发明内容：

本发明为了解决石墨烯的分散与打开过程中采用的助磨剂分解困难或在铝合金基体中产生残留的问题，提出一种聚乙二醇修复石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。

本发明聚乙二醇修复石墨烯增强铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：

一、称料

按质量分数称取0.5％～4％石墨烯、2％～50％聚乙二醇和余量的铝金属粉末作为原料；所述石墨烯为少层石墨烯，平均片径为200nm～15μm，平均厚度为1～30nm；所述铝金属粉末的平均粒径为1～30μm；

所述铝金属粉末为铝合金；所述铝合金为Al-Si合金、Al-Si-Cu合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或其中几种的组合；

所述Al-Si合金中Si的质量分数为2％～25％；Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Cu-Mg合金中Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Zn-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Zn-Mg-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Mg的质量分数为0.5％～38％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Si-Cu-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；