[发明专利]石墨烯复合铝合金、通过其制备的线材、制备方法和用途

说明书

本发明涉及石墨烯复合铝合金、通过其制备的线材、制备方法和用途。所述石墨烯复合铝合金的制备方法为：将携带有石墨烯材料源的惰性气体通入铝合金的熔融液中，降温后得到石墨烯复合铝合金。本发明采用氮气携带石墨烯材料源的方式，能够获得石墨烯分散较为均匀的石墨烯复合铝合金材料。利用本发明提供的石墨烯复合铝合金材料能够进行轧制和拉拔，获得石墨烯复合铝合金线材；与不含石墨烯的铝合金线材相比，力学性能至少提高30～80％，且能够同时保证导电性能变化范围为±5％，因此，本发明提供的石墨烯复合铝合金线材能够用于架空输电线路的电线，实现导电性不降低的前提下，提高力学性能。

技术领域

本发明属于铝合金复合材料领域，尤其涉及一种石墨烯复合铝合金、通过其制备的线材、制备方法和用途。

背景技术

近年来我国在电力建设中采用“三新两型”产品和技术，在架空导线材料领域，中强度铝合金线，高强度铝合金线等都得到了大量的应用。国家智能电网建设和超高压大跨越等输电项目的实施急需新型高强度、高导电性导线材料，要使电工铝线获得高强度，主要是通过添加镁、硅等合金元素，并辅以时效处理的方式，生产高强度铝合金导线。在铝线的强度得到提高的同时其导电率也降低了。

因此，如何在保证电工铝线导电性能不降低或尽可能少降低的前提下，提高导线材料强度是各国研究者努力的方向。石墨烯以其独特的二维结构、高强度、高导电性能和高导热性能等超强的力学和功能特性，被认为是最理想的复合材料增强相。现有石墨烯增强铝合金制备过程中由于石墨烯分散的不均匀，使得石墨烯增强效果不理想。石墨烯增强铝合金的制备工艺尚停留在实验室研究阶段，以粉末冶金和熔铸工艺为主，不能满足铝合金线材的工业化生产需求，限制材料技术发展与应用。

本领域需要开发一种能够工业化使用的将石墨烯复合到铝合金中的方法，其能够使石墨烯在铝合金材料中均匀分散，增强铝合金的强度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯复合铝合金的制备方法，所述制备方法包括：

将携带有石墨烯材料源的惰性气体通入铝合金的熔融液中，降温后得到石墨烯复合铝合金。

石墨烯材料源使用惰性气体携带加入铝合金熔融液中，能够使石墨烯第一时间分散在铝合金熔融液中，避免其因为于铝合金密度相差较大，漂浮于表面。

本发明对所述铝合金不做具体限定，任何本领域技术人员能够获得的铝合金均可用于本发明。优选地，所述铝合金包括铝基底和杂质元素，所述杂质元素为铁≤0.16wt％、硅≤0.08wt％、铜≤0.01wt％、钛+钒+铬+锰≤0.015wt％、其他每种杂质≤0.03％；或者所述铝合金为铝元素基底和合金元素，所述合金元素包括硅元素、镁元素、稀土元素(如镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥)等。

优选地，所述石墨烯材料源包括石墨烯和铝粉。

优选地，所述石墨烯材料源按重量份数包括2～5wt％(例如3wt％、4wt％等)的石墨烯和95～98wt％(例如96wt％、97wt％等)的铝粉。

优选地，所述石墨烯材料源中，石墨烯吸附在所述铝粉的表面。

优选地，所述石墨烯的片层直径≤30μm(例如25μm、20μm、15μm、10μm、5μm、3μm等)，所述石墨烯的片层≤10层(例如9层、8层、7层、6层、5层、4层、3层等)。

优选地，所述铝粉的粒径≤70μm，例如65μm、60μm、55μm、50μm、45μm、40μm、30μm、20μm、10μm等。

优选地，所述石墨烯材料源通过将石墨烯与铝粉混合后球磨得到。

优选地，所述石墨烯材料源通过将石墨烯浆料与铝粉液相混合后干燥得到。