[发明专利]一种构型设计预分散石墨烯纳米片增强镁基复合材料的制备方法

说明书

一种构型设计预分散石墨烯纳米片增强镁基复合材料的制备方法，涉及一种石墨烯纳米片增强镁基复合材料的制备方法。本发明是要解决镁基复合材料中的纳米增强体具有较大的表面能，极易发生团聚，石墨烯与镁的基体润湿性很差，很难加入到熔体里的技术问题。本发明首先将石墨烯纳米片与锌粉在乙醇中进行微观插片处理，接着进行双场调控，压渗排气处理，加入到液态镁合金当中，对镁合金熔体进行多场复合调控；第二步变径变向热压，热压可进一步促进石墨烯纳米片在镁合金基体中的均匀分布，而纳米增强体的引入又可以钉扎晶界，抑制晶粒长大，同时产生较多的晶格缺陷，在变径变向热压和石墨烯纳米片的共同作用下使得复合材料的强塑性得到显著提高。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯纳米片增强镁基复合材料的制备方法。

背景技术

镁及镁合金以其低密度、高比强度、高比刚度以及阻尼性能好等优点，在交通运输、航空航天等领域有着广阔的应用前景，然而镁及镁合金往往不能够满足行业发展的需求，所以以纯镁或镁合金为基体，通过向其中加入少量的增强体得到镁基复合材料，可以有效改善其力学性能以及机械性能。微米尺寸的颗粒增强镁基复材往往可以有效提高复合材料的强度，但这种情况往往会伴随着复材塑性的下降。与微米颗粒相比，纳米尺寸的增强体有助于改善镁的强度和刚度，而对塑性延展性的影响较小，并且少量的纳米增强体产生的增强效果与使用更高体积分数的微米增强体相当甚至更强。石墨烯作为碳纳米材料的代表材料，以其极高的弹性模量(1TPa)、抗拉强度(130GPa)和导热系数(5300W/m·K)有望成为金属基材料的最有效的增强体。基于对提高复材综合力学性能的考虑，将石墨烯纳米片预分散处理之后作为增强体加入到镁合金基体中制备复合材料，有极大的可能性在不损坏材料塑性的前提下提高其强度，达到优良的综合力学性能。

结合复合材料本身所需达到的特殊要求，从镁合金基体的研究现状出发选择原材料，综合考虑材料的成分和结构对材料力学性能及热学性能的影响等因素，采用纳米增强体制备镁基复合材料具有添加量少，增强效果显著的优势，有望获得强塑性同步提高的镁基复合材料，但纳米增强体所存在的问题就是其具有较大的表面能，极易发生团聚，同时就石墨烯来说，其与镁的基体润湿性很差，很难加入到熔体里，因此制备纳米增强体增强镁基复合材料的关键就是如何将其加入镁合金熔体中并将其均匀分散开来，而进一步提高镁基复合材料的力学性能的方法就是通过热变形，以达到细化晶粒，改善分布，提高力学性能的目的。

发明内容

本发明是要解决现有的镁基复合材料中的纳米增强体具有较大的表面能，极易发生团聚，石墨烯与镁的基体润湿性很差，很难加入到熔体里的技术问题，而提供一种构型设计预分散石墨烯纳米片增强镁基复合材料的制备方法。

本发明的构型设计预分散石墨烯纳米片增强镁基复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：

一、将石墨烯纳米片与锌粉一起放在无水乙醇中，混合搅拌1h～1.5h进行初步微观插片处理，接着对所得的混合溶液进行双场调控，得到一种石墨烯和锌粉交替排布的结构体混合液；所述的石墨烯纳米片与锌粉的质量比为1:(10～11)；所述的石墨烯纳米片的质量与无水乙醇的体积比为1g:(200mL～300mL)；

所述的双场调控为将混合溶液进行电磁搅拌与超声同时处理，处理时间为2h～2.5h，超声处理功率为500W～600W；

然后将石墨烯和锌粉交替排布的结构体混合液进行抽滤，干燥，将干燥的混合粉末进行压渗排气处理，得到预分散石墨烯与锌粉的预制块；

所述的压渗排气处理的方法为：将中空镁管的一端开口用铝箔包裹，将一片镁片放置在中空镁管的内腔中，镁片与中空镁管的内腔为滑动连接，中空镁管竖直放置在压力机上，镁片位于中空镁管的内腔底部且在铝箔上，将干燥的混合粉末从中空镁管的上方开口加入，压杆通过上方开口对内腔施加压力，在压力为100MPa～200MPa的条件下保压排气50s～100s，从中空镁管的上方开口处放入另一个镁片对中空镁管的上方进行封口，去掉铝箔，所得到的整体为预分散石墨烯与锌粉的预制块；