[发明专利]一种石墨烯增强镁基复合材料的压铸制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯增强镁基复合材料的压铸制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：石墨烯、镁合金、无水乙醇、氩气、氧化锌，其组合准备用量如下：以克、毫升、cm³为计量单位

石墨烯：C 固态颗粒 15g±0.001g

镁合金：AZ91D 固态颗粒 5000g±0.001g

无水乙醇：C₂H₅OH 液态液体 1000mL ±10mL

氧化锌: 液态液体 500mL±5mL

氩气：Ar 气态气体 80000cm³±100 cm³

制备方法如下：

(1)制备半固态镁合金颗粒

将镁合金熔化成固液混合态，利用电磁搅拌装置，使浆液产生运动，凝固后，制成半固态镁合金铸锭；半固态镁合金铸锭经过切削，制成长度≤1mm的长条状颗粒；

(2)混料

称取石墨烯颗粒15g±0.001g、镁合金颗粒5000g±0.001g，置于V型混料机中旋转混合，混料转数为20r/min，混合时间为30min，制成石墨烯镁合金混合颗粒；

(3)制备镁合金半固态浆料

镁合金半固态浆料的制备在电磁搅拌熔炼炉内进行，是在加热、熔炼、保温、电磁搅拌、压实过程中完成的；

①打开电磁搅拌熔炼炉盖，用无水乙醇清洗熔炼坩埚内壁，使坩埚内部洁净；

②将石墨烯镁合金混合颗粒放入熔炼坩埚，闭合电磁搅拌熔炼炉盖；

③开启氩气输入阀，向炉腔内持续通入氩气，氩气通入速度150cm³/min；

④开启电磁搅拌熔炼炉加热器进行预热，预热温度200℃，预热时间15min；

⑤预热完成后继续加热，调节炉内温度至580℃±1℃，保温30min，开启电磁搅拌装置控制开关，设定电磁搅拌参数，搅拌频率为35Hz，恒温搅拌时间15min；

⑥电磁搅拌后，制成含石墨烯的镁合金半固态浆料；

⑦启动加压装置，对坩埚内半固态浆料进行压实，压力50MPa，保压时间30s；

(4)压铸制备石墨烯增强镁基复合材料

①模具、金属液导管预热

开启模温机对模具进行预热，预热温度为200℃，预热时间30min；开启金属液导管加热器，温度设定580℃；

②压铸模具的型腔表面预处理

取氧化锌涂覆剂，均匀涂覆于模具的型腔表面，涂覆层厚度≤0.15mm；

③合拢模具，并启动锁模系统固定模具；

④打开金属液导管阀门，坩埚中混合半固态浆料流经导管被压入压铸机压射腔中；

⑤启动压射程序，压射冲头慢速前进，封住导管接口，冲头将浆料压入型腔；

⑥浆料填充满型腔后，压射冲头持续向前跟踪保压，保压压强为50MPa，保压时间20s，直至浆料凝固；

(5)打开模具，冲头回位与开模动作同步进行，动模脱离固定模，冲头返回复位，顶出并取出铸件，得到石墨烯增强镁基复合材料；

(6)清理、清洗

清理铸件表面，并用无水乙醇清洗，清洗后晾干，使表面洁净；

(7)检测、分析、表征

对制备的石墨烯增强镁基复合材料的形貌、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征；

用X射线衍射仪进行物相鉴定分析；

用扫描电镜对铸件进行形貌分析；

用金相分析仪对铸件进行金相组织分析；

用微机控制的电子万能试验机对铸件进行抗拉强度分析；

用维氏硬度计对铸件进行硬度分析；

结论：石墨烯增强镁基复合材料为矩形块体，硬度达82.5HB，抗拉强度达235MPa，延伸率达7.3％，石墨烯在镁合金基体中分散均匀，与镁基体有良好的界面结合。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强镁基复合材料的压铸制备方法，其特征在于：

石墨烯镁合金半固态浆料的熔炼是在电磁搅拌熔炼炉中进行的，是在加热、熔炼、保温、电磁搅拌、压实过程中完成；石墨烯增强镁基复合材料的制备是在压铸机中进行的，是在压射、保压过程中完成；

电磁搅拌熔炼炉（1）上方为炉盖（2），液压传动杆（3）透过炉盖（2）连接炉内的挤压头（4）；电磁搅拌熔炼炉（1）内部为炉腔（5）、底部为底座（6）；氩气由氩气输入阀（30）输入炉腔（5），从氩气出气孔（31）流出；在炉腔（5）内底部设有工作台（7），在工作台（7）上放置熔炼坩埚（8），熔炼坩埚（8）外圈是加热器（9），通过加热器（9）加热制成半固态浆料（10），加热器（9）外部为固定板（11），固定板（11）外部为电磁搅拌装置（12），开启电磁搅拌装置（12）对半固态浆料（10）进行搅拌；液压传动杆（3）向下推动挤压头（4）压实半固态浆料（10）；

金属液导管（13）一端连接熔炼坩埚（8），外部包裹导管加热装置（14），启动导管加热装置（14）进行预热，开启阀门（15），挤压头（4）将半固态浆料（10）压出，流经金属液导管（13），进入压铸机压射腔（16）；

压射腔（16）右端为压射冲头（17），左端为固定模板（18），固定模板（18）上装有定模（19），通过导杆（29）连接合模装置板（20）、移动模板（22），合模装置板（20）上有合模机构（21），合模机构（21）推动移动模板（22），使定模（19）与动模（23）接合，模温机（24）通过导热油管（25）连接定模（19）和动模（23）对模具进行预热，压射机构（26）推动压射冲头（17）将半固态浆料（10）压入型腔，浆料冷却后通过顶出装置（27）顶出并取出压铸成型件（28）。