一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金及其制备方法，采用先制备石墨烯以及碳纳米管‑铁纳米复合材料，然后将二者与铜粉和铁粉混合，SPS制备得到石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金材料，随后与阳极铜混合，真空熔炼，即可获得石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金铸锭；将合金铸锭车光，热锻及锻后车光，热轧，将加热温度缓慢降低至室温，即可获得石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金。由于石墨烯‑碳纳米管在合金中均匀分散，该铜铁合金具有较高的致密度；且相比于纯的铜铁合金，由于石墨烯和碳纳米管具有优良的力学性能，使得所制备的铜铁合金具有更佳的洛氏硬度和热导率，在各个领域有非常广泛的应用前景。

A graphene carbon nanotube composite modified copper iron alloy and preparation method thereof

The invention relates to a graphene carbon nanotube composite modified copper iron alloy and its preparation method, the preparation of graphene and carbon nanotubes iron nano composite material, then two and the iron and copper powder mixed, SPS prepared graphene carbon nanotube composite modified copper iron alloy material, then mixed with copper anode vacuum melting, can obtain graphene carbon nanotube composite modified copper iron alloy ingot; the alloy ingot casting car light, hot forging and forging after the car light, hot rolling, the heating temperature decreases slowly to room temperature, you can get graphene carbon nanotubes composite modified copper iron alloy. The graphene uniform dispersion of carbon nanotubes in the alloy, the copper alloy with high density; and compared to the pure copper iron alloy, because of graphene and carbon nanotubes possess excellent mechanical properties, the hardness and heat produced by copper iron alloy prepared has better conductivity, application very broad prospect in various fields.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铜合金领域，特别涉及一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法。
技术介绍
铜合金是指以铜为主要成分的合金，最多人知道的铜合金种类是青铜(铜为主要，锡为次要)和黄铜(铜为主要，锌为次要)；随着科技的发展，铜铁合金逐渐受到人们的关注，CN201510459015.9中就讲到，由金属材料学的知识可以预测到Cu-Fe合金的一些特点：(1)熔点应高于Cu而低于Fe，若将其用做真空电触头材料来替代Cu合金，则可改善其耐电弧烧蚀能力；(2)纯铜和纯铁都具有良好的延展性，因此Cu-Fe合金应该也具备该性能；(3)用Fe替代部分Cu可以降低Cu材料的成本；(4)具有电磁屏蔽效果。铜铁合金具有这么优良的性能，人们也采用各种方式制备高性能的铜铁合金，如CN201210471076.3公开了一种超导铜铁合金，由以下重量份的组分制备完成：Cu：100-220份；CuO：10-50份；Ni：5-25份；Cr2O3：5-12份；Mg：2-10份；Fe2O3：8-20份；Ag：1-5份。该超导铜铁合金，具有极高的导电性，安全无害，其制备方法非常简单，特别适于大规模生产。不过为了更好的优化合金的性能，人们逐渐关注采用新材料对其进行掺杂，如墨西科技在CN201510894939.1中公开了一种石墨烯改性铜合金纳米材料，所述石墨烯改性铜合金纳米材料通过非氧化还原的插层剥离技术、快速放电等离子烧结技术、调控SPS烧结工艺参数和高精度控制的加工及退火设备制备，该石墨烯改性铜合金纳米材料具有高导热、高导电、高耐磨、高强度的优点，应用领域广泛。不过由于石墨烯和铜合金之间存在较大的物化特性，在石墨烯和合金之间的界面性能还需要得到提升，从而才能制备出高性能的石墨烯铜合金材料，现在也还未有石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，研制出一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法，采用先制备石墨烯以及碳纳米管-铁纳米复合材料，然后将二者与铜粉和铁粉混合，SPS制备得到石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金材料，随后与阳极铜混合，真空熔炼，即可获得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金铸锭；将合金铸锭车光，热锻及锻后车光，热轧，将加热温度缓慢降低至室温，即可获得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金。具体的
技术实现思路
如下：一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法，包括如下步骤：(1)制备石墨烯：石墨烯通过插层-膨胀-剥离法可控制备，所得到的石墨烯主要为5层以下的石墨烯；(2)制备碳纳米管-铁纳米复合材料：称取可溶性铁盐，柠檬酸以及次亚磷酸按照5:1:3的摩尔比溶于去离子水中，加入适量的乙醇作为碳源以及催化剂稀土氧化物，搅拌均匀，在反应釜中于165-185℃下水热反应2h，随后在氩气保护的条件下于600℃下热处理1小时，即可获得原位生长的碳纳米管-铁纳米复合材料；(3)制备石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金：称取步骤(1)所制备得到的石墨烯10-20重量份；步骤(2)所制备得到的碳纳米管-铁纳米复合材料10-20重量份；以及铜粉200-400重量份；铁粉10-20重量份；将以上原料进行球磨混合，混合时加入无水乙醇作为过程控制剂，随后将球磨罐抽真空至0.1Pa，磨球为不锈钢球，转速为80r/min，球料比为10:1，球磨时间为6-8h；将球磨后的粉体在真空烘干箱中干燥，随后进行放电等离子烧结，即可得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金材料；将石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金材料与阳极铜混合，真空熔炼，即可获得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金铸锭；将合金铸锭车光，热锻及锻后车光，热轧，将加热温度缓慢降低至室温，即可获得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金。作为优选，所述5层以下的石墨烯为单层石墨烯。作为优选，所述可溶性铁盐为氯化铁。作为优选，步骤(2)中，在反应釜中于170℃下水热反应2h。作为优选，所述稀土氧化物为氧化镧。作为优选，放电等离子烧结的具体工艺为，烧结压力为50MPa，升温工序为室温-300℃，升温速率为100℃/min，300-600℃，升温速率为75℃/min，并在600℃保温30min，600-800℃，升温速率为75℃/min，并在800℃下保温2小时。一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金，采用上述的制备方法制备所得。本专利技术相比于现有技术，具有如下的有益效果：(1)本专利技术的首次制备出石墨烯改性的铜铁合金，由于石墨烯-碳纳米管在合金中均匀分散，该铜铁合金具有较高的致密度；且相比于纯的铜铁合金，由于石墨烯和碳纳米管具有优良的力学性能，使得所制备的铜铁合金具有更佳的洛氏硬度和热导率。在各个领域有非常广泛的应用前景。(2)本专利技术采用双碳材料改性铜铁合金，石墨烯和碳纳米管除了提供强大的力学和电学以及机械性能的优化之外，石墨烯和碳纳米管的复合使用，也是的石墨烯的掺入，能够具有更好的界面，电子传到将更加快速。(3)而为了提高碳材料和合金之间的界面，本专利技术采用首先原位水热反应制备碳纳米管-铁纳米复合材料，随后将石墨烯，碳纳米管-铁纳米复合材料，铜粉和铁粉混合，以便制备得到石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金材料。(4)本专利技术制备工艺简单，容易实施，具有广泛的推广价值。具体实施方式下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本专利技术。应理解，这些实施例只是为了举例说明本专利技术，而非以任何方式限制本专利技术的范围。实施例1：一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法，包括如下步骤：(1)制备石墨烯：石墨烯通过插层-膨胀-剥离法可控制备，所得到的石墨烯主要为单层石墨烯；(2)制备碳纳米管-铁纳米复合材料：称取氯化铁，柠檬酸以及次亚磷酸按照5:1:3的摩尔比溶于去离子水中，加入适量的乙醇作为碳源以及催化剂稀土氧化物，搅拌均匀，在反应釜中于170℃下水热反应2h，随后在氩气保护的条件下于600℃下热处理1小时，即可获得原位生长的碳纳米管-铁纳米复合材料；(3)制备石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金：称取步骤(1)所制备得到的石墨烯15重量份；步骤(2)所制备得到的碳纳米管-铁纳米复合材料15重量份；以及铜粉350重量份；铁粉15重量份；将以上原料进行球磨混合，混合时加入无水乙醇作为过程控制剂，随后将球磨罐抽真空至0.1Pa，磨球为不锈钢球，转速为80r/min，球料比为10:1，球磨时间为7h；将球磨后的粉体在真空烘干箱中干燥，随后进行放电等离子烧结，即可得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金材料；将石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金材料与阳极铜混合，真空熔炼，即可获得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金铸锭；将合金铸锭车光，热锻及锻后车光，热轧，将加热温度缓慢降低至室温，即可获得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金。实施例2：一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法，包括如下步骤：(1)制备石墨烯：石墨烯通过插层-膨胀-剥离法可控制备，所得到的石墨烯主要为单层石墨烯；(2)制备碳纳米管-铁纳米复合材料：称取氯化铁，柠檬酸以及次亚磷酸按照5:1:3的摩尔比溶于去离子水中，加入适量的乙醇作为碳源以及催化剂稀土氧化物，搅拌均匀，在反应釜中于170℃下水热反应2h，随后在氩气保护的条件下于600℃下热处理1小时，即可获得原位生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)制备石墨烯：石墨烯通过插层‑膨胀‑剥离法可控制备，所得到的石墨烯主要为5层以下的石墨烯；(2)制备碳纳米管‑铁纳米复合材料：称取可溶性铁盐，柠檬酸以及次亚磷酸按照5:1:3的摩尔比溶于去离子水中，加入适量的乙醇作为碳源以及催化剂稀土氧化物，搅拌均匀，在反应釜中于165‑185℃下水热反应2h，随后在氩气保护的条件下于600℃下热处理1小时，即可获得原位生长的碳纳米管‑铁纳米复合材料；(3)制备石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金：称取步骤(1)所制备得到的石墨烯10‑20重量份；步骤(2)所制备得到的碳纳米管‑铁纳米复合材料10‑20重量份；以及铜粉200‑400重量份；铁粉10‑20重量份；将以上原料进行球磨混合，混合时加入无水乙醇作为过程控制剂，随后将球磨罐抽真空至0.1Pa，磨球为不锈钢球，转速为80r/min，球料比为10:1，球磨时间为6‑8h；将球磨后的粉体在真空烘干箱中干燥，随后进行放电等离子烧结，即可得石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金材料；将石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金材料与阳极铜混合，真空熔炼，即可获得石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金铸锭；将合金铸锭车光，热锻及锻后车光，热轧，将加热温度缓慢降低至室温，即可获得石墨烯‑碳纳米管复合改性铜铁合金。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)制备石墨烯：石墨烯通过插层-膨胀-剥离法可控制备，所得到的石墨烯主要为5层以下的石墨烯；(2)制备碳纳米管-铁纳米复合材料：称取可溶性铁盐，柠檬酸以及次亚磷酸按照5:1:3的摩尔比溶于去离子水中，加入适量的乙醇作为碳源以及催化剂稀土氧化物，搅拌均匀，在反应釜中于165-185℃下水热反应2h，随后在氩气保护的条件下于600℃下热处理1小时，即可获得原位生长的碳纳米管-铁纳米复合材料；(3)制备石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金：称取步骤(1)所制备得到的石墨烯10-20重量份；步骤(2)所制备得到的碳纳米管-铁纳米复合材料10-20重量份；以及铜粉200-400重量份；铁粉10-20重量份；将以上原料进行球磨混合，混合时加入无水乙醇作为过程控制剂，随后将球磨罐抽真空至0.1Pa，磨球为不锈钢球，转速为80r/min，球料比为10:1，球磨时间为6-8h；将球磨后的粉体在真空烘干箱中干燥，随后进行放电等离子烧结，即可得石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金材料；将石墨烯-碳纳米管复合改性铜铁合金材料与阳极铜混合，真空熔炼，即可获得石墨烯-...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超，高华，赵守仁，赵永胜，周旭峰，刘兆平，茆玉宝，
申请(专利权)人：宁波墨西科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33