[发明专利]一种氧化石墨烯增强镁基复合材料及其制备方法

说明书

一种氧化石墨烯增强镁基复合材料及其制备方法，属于复合材料技术制备领域。首先将氧化石墨烯粉末进行预处理，之后将镁合金粉末加入到氧化石墨烯预分散液中实现氧化石墨烯与镁基体充分接触，完成氧化石墨烯的预分散，获得氧化石墨烯/镁的复合粉末；再将氧化石墨烯/镁复合粉末进行加热与热挤压，使氧化石墨烯与镁基体之间产生良好的界面结合，实现对氧化石墨烯的再分散，最终获得氧化石墨烯增强镁基复合材料。本专利所述的制备方法简单有效，能够提高增强体与基体之间的界面结合强度，获得综合力学性能优异的氧化石墨烯增强镁基复合材料，适用于制备批量化、大规模高性能的氧化石墨烯增强镁基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯增强镁基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料之一，能够满足汽车产业轻量化的要求，但较低的力学性能制约着其广泛应用。为扩大镁合金在汽车领域的应用，镁基复合材料成为镁合金领域的研究热点。由于石墨烯具有优异的力学性能，如拉伸强度为130GPa，杨氏模量为1.0TPa，添加至镁合金中能够有效提高基体的力学性能，因此近年来针对石墨烯增强镁基复合材料的研究与日俱增。

目前，在石墨烯增强镁基复合材料的研究中主要存在以下两个问题：①石墨烯在金属基体中分散性较差；②石墨烯与基体之间的界面结合较差。上述因素制约着石墨烯增强镁基复合材料的研究与应用。为解决石墨烯增强镁基复合材料研究中存在的问题，现研究人员大多采用高能球磨工艺与添加表面活性剂等方法制备复合材料。虽然高能球磨能够促进石墨烯在金属基体中的分散并改善石墨烯与基体之间较差的界面结合，但此工艺会破坏石墨烯结构，弱化石墨烯的强化效果，同时高能球磨会造成镁合金的氧化并且降低其安全性。而在复合材料制备过程中加入表面活性剂则会引入杂质，同时在去除表面活性剂的过程中会产成气体，最终会降低复合材料的致密度，弱化石墨烯的强化效果。

因此，专利CN104630528A采用氧化石墨烯作为增强体。在该专利中，原位生成氧化镁的方式能够起到促进石墨烯分散与改善石墨烯与基体之间界面结合的作用，同时避免了高能球磨工艺与添加表面活性剂等方法带来的缺点，但在复合材料制备过程中氧化镁的含量并不可控，所以，此类方法对镁合金力学性能的影响尚未可知。

发明内容

本发明针对石墨烯增强镁基复合材料制备过程中石墨烯分散性差及其与基体界面结合差等不足，本发明提供了一种氧化石墨烯增强镁基复合材料的制备方法。

本发明所述的制备方法步骤为：(1)氧化石墨烯的预处理；(2)氧化石墨烯的预分散；(3)氧化石墨烯/镁复合粉末的制备；(4)复合材料的制备。具体步骤及优选工艺如下：

(1)氧化石墨烯的预处理

将氧化石墨烯置于设定气氛中，在设定加热速率下升温至设定温度，之后空冷或者随炉冷却；

(2)氧化石墨烯的预分散

称取一定质量步骤(1)获得的预处理氧化石墨烯，加入到无水乙醇中进行超声处理，获得氧化石墨烯预分散液；随后对预分散溶液进行机械搅拌，在此过程中加入镁粉，得到氧化石墨烯/镁混合浆料；

(3)氧化石墨烯/镁复合粉末的制备

将步骤(2)获得的混合浆料在设定温度下进行干燥，并进行机械搅拌，获得氧化石墨烯/镁复合粉末。

(4)复合材料的制备

将步骤(3)获得的复合粉末加入到模具中，在设定的温度和时间保温后进行挤压，获得氧化石墨烯增强镁基复合材料。

优选的，所述氧化石墨烯的片径为0.5～15μm，厚度为0.8～10nm，纯度≥99.0wt.％；复合材料中氧化石墨烯的含量为0.02～3wt.％。

优选的，所述镁粉为纯镁、ZK系或AZ系镁合金粉末，粒度为200～400目，纯度≥99.5wt.％。