[发明专利]一种氧化石墨烯增强镍基复合粉末的制备方法及其应用

说明书

本发明属于石墨烯增强镍基合金复合材料领域，并公开了一种氧化石墨烯增强镍基复合粉末的制备方法。该方法包括下列步骤：(a)将氧化石墨烯溶解形成表面带负电的氧化石墨烯水溶液，镍基合金粉末溶解形成表面带正电的镍合金粉末；(b)将表面带正电的镍合金粉末溶解在蒸馏水中，然后加入表面带负电的氧化石墨烯水溶液，搅拌至无色透明，该过程中，表面带负电的氧化石墨烯与表面带正电的镍基合金粉末发生静电自组装形成沉淀，过滤，冷冻干燥后获得所需的氧化石墨烯‑镍合金复合粉末。同时还公开了氧化石墨烯增强镍基复合粉末及其应用。通过本发明，实现了氧化石墨烯均匀分散于镍基体中，避免氧化石墨烯的团聚，有效提高了复合材料的综合力学性能。

技术领域

本发明属于石墨烯增强镍基合金复合材料领域，更具体地，涉及一种氧化石墨烯增强镍基复合粉末的制备方法及其应用。

背景技术

随着社会的发展，人们对高性能材料的需求变得更加迫切，研发具有高强、高韧、轻质等特性的材料已成为材料领域发展的必然要求。目前，如何提高航空、航天、航海等领域应用的材料的性能，如强度、韧性、耐高温、耐腐蚀性，以及降低材料的用量，提高利用效率成为学者们十分关注的问题。金属基复合材料结合了金属与增强相二者的综合性能，具有高比强度和弹性模量的特点，其性能可与航空航天上使用的陶瓷材料、耐热钢相媲美。因此，高性能金属基复合材料的设计、开发及应用成为了科研学者们密切关注的问题。

石墨烯是一种由碳原子以sp2键合成单原子层厚度的二维晶体，具有优异的力学、电学、热学特性和较大的比表面积、低密度等物理性质。石墨烯和传统的二氧化硅、碳化硅、三氧化二铝等纳米颗粒相比，在改善金属基体的性能上更具优势。因此，将石墨烯用作增强相能制备出具有功能结构一体化的金属基复合材料。

镍是位于第四周期第Ⅷ族的面心立方金属元素，比铁元素更稳定，具有耐高温、耐腐蚀的特点。目前，镍基材料常用在对其强度、塑性、耐腐蚀性有较高要求的飞机、船舶和海洋领域。因此，将石墨烯作为增强相，用于提高镍基体的性能，以获得具有耐高温、耐腐蚀及高强度的石墨烯增强镍基复合材料具有重要意义。

目前，石墨烯增强镍基合金复合材料的制备还存在镍基体中石墨烯分散性差、石墨烯和镍基体结合作用力差，易与金属发生化学反应等问题。采用粉末冶金法制备的石墨烯增强镍基复合材料，具有组织均匀、结构稳定的特点，但是利用该方法制备石墨烯增强镍基复合材料时，存在球磨和高温环境易破坏石墨烯片层结构，降低石墨烯的强化效率的问题。另外，由于石墨烯密度较低且片层间具有一定的分子间作用力，导致采用粉末冶金法制备石墨烯增强镍基材料过程中，石墨烯易发生团聚；采用化学相沉积法制备石墨烯增强镍基复合材料存在制备成本高、生产效率低等问题。因此，寻找合理的工艺和方法制备石墨烯增强镍基复合材料对提高镍基合金的性能有重要意义。同时，镍基高温合金零件的传统制造技术以锻造、铸造和粉末冶金为主，其优点包括成形尺寸大、产量高，较高疲劳强度与致密度，但是其成形的周期长、工序繁琐，直接制造具有复杂外形或内腔的金属零部件，如涡轮叶片、发动机燃油喷头等仍存在问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种氧化石墨烯增强镍基复合粉末的制备方法及其应用，通过将氧化石墨烯和镍合金粉末分别形成表面带负电和带正电的溶液和粉末后，二者之间发生静电自组装，使得氧化石墨烯均匀吸附在镍合金粉末表面，以此解决石墨烯分散性差，容易团聚，以及传统制造工艺效率低，无法成形复杂镍基合金零部件的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种氧化石墨烯增强镍基复合粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)选取氧化石墨烯和镍基合金粉末作为原料，将氧化石墨烯溶解在去离子水中形成表面带负电的氧化石墨烯水溶液，所述镍基合金粉末溶解在阳离子表面活性剂中，烘干后获得表面带正电的镍合金粉末；