[发明专利]一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法，该方法包括：一、将球形钛粉超声波清洗后干燥；二、将经干燥后的球形钛粉酸浸后清洗干燥；三、将经干燥后的球形钛粉加入到镀镍溶液中加热保温并烘干，得到镀镍球形钛粉；四、将氧化石墨烯加入到去离子水中分散得氧化石墨烯分散液，然后将镀镍球形钛粉加入到氧化石墨烯分散液中经保温搅匀、干燥得混合粉末；步骤五、将混合粉末进行放电等离子热压烧结得石墨烯增强钛基复合材料。本发明在球形钛粉表面镀镍，有效隔绝了石墨烯与钛粉的接触，避免了石墨烯与钛发生化学反应并生成界面产物对复合材料产生不良影响，保证了石墨烯结构特征的完整性，提高了石墨烯增强钛基复合材料的力学性能。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有强度高、重量轻、耐腐蚀性好、低温性能好等一系列优异性能，在飞机、汽车、化工和石化等行业得到了广泛的应用。随着工业化的快速发展，对轻量化结构材料的需求也日益增加。钛及钛合金拥有的优异性能使其成为轻量化结构材料的理想基体，广大科研工作者采用多种制备工艺成功研制了纳米相增强钛基复合材料。在众多钛基复合材料中，石墨烯增强钛基复合材料因具有较好的力学性能得到了密切关注。

目前，关于石墨烯断裂强度值一般认定为42N·m^-1。单层石墨烯的厚度约为0.335nm，其杨氏模量值为1.0TPa，本征强度值为130GPa，而其弹性刚度(杨氏模量×厚度)约335N·m^-2。石墨烯具有十分优异的综合性能，无疑为石墨烯增强钛基复合材料的发展提供了可靠的依据。这也就是石墨烯增强钛基复合材料的理论研究和工程应用研究经久不衰的内在动力。

石墨烯增强钛合金复合材料具有密度低、比强度高、抗拉伸及比模量高等优点，是一种高性能的轻质结构材料。由于高温环境下钛合金和石墨烯易发生反应，生成界面产物显著影响复合材料的力学性能，导致石墨烯增强钛基复合材料的力学性能降低，因此制备石墨烯增强钛基复合材料的工艺要求更为严格和复杂，因此，希望通过表面改性技术对钛粉颗粒表面进行化学镀镍，有效控制界面反应程度，有效保护石墨烯的结构特征，从而提高石墨烯增强钛基复合材料力学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法。该方法在球形钛粉表面镀镍，有效隔绝了石墨烯与钛粉的接触，从而避免了后续的热压烧结过程中石墨烯与钛之间发生化学反应并生成界面产物对复合材料产生不良影响，保证了石墨烯结构特征的完整性，提高了石墨烯增强钛基复合材料的力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将球形钛粉加入到无水乙醇中超声波清洗10min～30min，然后在40℃～60℃的温度条件下干燥10h～20h；所述球形钛粉的粒径为50μm～60μm；

步骤二、将步骤一中经干燥后的球形钛粉加入到质量浓度为1％～5％的硫酸溶液中浸泡10min～20min，然后依次采用去离子水和无水乙醇清洗，再在40℃～60℃的条件下干燥12h～24h；

步骤三、将步骤二中经干燥后的球形钛粉加入到镀镍溶液中，然后加热至40℃～60℃保温10min～120min，经烘干后得到镀镍球形钛粉；所述镀镍球形钛粉的镀镍层厚度为100nm～300nm；

步骤四、将氧化石墨烯加入到去离子水中超声分散60min～120min得到氧化石墨烯分散液，然后将步骤三中得到的镀镍球形钛粉加入到氧化石墨烯分散液中，在70℃～90℃的保温条件下机械搅拌均匀，再经干燥得到混合粉末；