一种石墨烯掺杂的镁合金丝及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯掺杂的镁合金丝及其制备方法。所述石墨烯掺杂的镁合金丝为Mg‑Graphene‑Al‑Ti‑Cr‑Ni‑Ga‑Sm‑Yb合金，按质量百分含量计，所述石墨烯掺杂的镁合金中石墨烯的含量为0.15‑4％，Al的含量为6‑8％，Ti的含量为5‑7％，Cr的含量为0.1‑4％，Ni的含量为0.1‑4％，Ga的含量为0.1‑4％，Sm的含量为0.1‑4％，Yb的含量为0.1‑4％，余量为镁。本发明专利技术所述的镁合金丝经石墨烯改性，硬度、强度和耐火性都大幅提高，可适用于军工、航空航天等高端领域零件的制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合金材料
，尤其是涉及一种石墨烯掺杂的镁合金丝及其制备方法。
技术介绍
镁合金的特点是：密度小(1.8g/cm3镁合金左右)，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉，或者稀土元素等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。镁合金主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。由于以上诸多优点镁合金丝广泛应用于电缆、高频信号传输、电力传输、音频视频导体材料，屏蔽网线等领域。但目前的镁合金特性仍然无法满足军工、航空航天等高端领域，主要表现在强度、硬度以及耐火性能不足。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种石墨烯掺杂的镁合金丝，所述的镁合金丝经石墨烯改性，硬度、强度和耐火性都大幅提高，可适用于军工、航空航天等高端领域零件的制作。本专利技术的第二目的在于提供上述石墨烯掺杂的镁合金丝的制备方法，所述的制备方法提高了材料的工艺性能、切削性能和使用性能。为了解决以上技术问题，本专利技术提供了以下技术方案：一种石墨烯掺杂的镁合金丝，所述石墨烯掺杂的镁合金丝为Mg-Graphene-Al-Ti-Cr-Ni-Ga-Sm-Yb合金，按质量百分含量计，所述石墨烯掺杂的镁合金中石墨烯的含量为0.15-4wt％，Al的含量为6-8％，Ti的含量为5-7％，Cr的含量为0.1-4％，Ni的含量为0.1-4％，Ga的含量为0.1-4％，Sm的含量为0.1-4％，Yb的含量为0.1-4％，余量为镁。本专利技术的镁合金丝不仅引入了石墨烯掺杂，而且还采用了对性能要求更加苛刻的加工模型—金属丝。本专利技术通过引入石墨烯解决了目前镁合金丝强度不高的问题，呈现出290-450Mpa的抗拉强度，基本满足了军工、航空航天等高端领域的要求，尤其适用于磁、电、声等信号传输线，以及屏蔽线等零件。优选地，石墨烯的含量为0.2-1wt％，更优选0.6-1wt％。通过调节加工工艺，引入其它元素掺杂或者改变各原料配比等，可以进一步提高镁合金丝的抗拉强度，甚至高达325-410Mpa。除此外，本专利技术还具有优异的比强度、耐火性：优选地，所述镁合金丝的比强度为138-202N·m/kg，更优选150-202N·m/kg。本专利技术所述的镁合金的金属配比不同时，石墨烯的最佳掺入量，以及合金丝的性能有所区别。例如，所述镁合金丝的配方为：按质量百分含量计算，Al的含量为6-7％，Ti的含量为5-7％，Cr的含量为0.1-2％，Ni的含量为0.1-2％，Ga的含量为1-4％，Sm的含量为0.1-4％，Yb的含量为0.1-4％时，较佳的石墨烯的含量为0.3-2wt％。其抗拉强度可以达到320-400Mpa，比强度为150-180N·m/kg。例如，所述镁合金丝为向镁锌锆合金掺杂石墨烯而得的配方为：按质量百分含量计算，Al的含量为6-7％，Ti的含量为5-7％，Cr的含量为0.1-2％，Ni的含量为0.1-1％，Ga的含量为1-3％，Sm的含量为0.1-1％，Yb的含量为0.1-2％时，较佳的石墨烯的含量为2-3wt％。其抗拉强度可以达到350-400Mpa，比强度为160-180N·m/kg。本专利技术所述的石墨烯掺杂的镁合金丝与现有合金丝的加工工艺有相似之处，但区别较大，尤其是熔炼温度，以及拉拔、退火的工艺条件相差甚远，基本的加工流程为：将所有金属粉与石墨烯混合，之后在850-1100℃下熔炼，再重复多次拉拔、退火，退火的温度为350-800℃。由于石墨烯的二维六边形晶格与金属晶格交叉后，会对后者的晶格能量产生较大影响，因此，需要重新研究合适的熔炼温度、拉拔退火等工艺条件。经研究发现，在850-1100℃下熔炼之后，石墨烯与金属既可以更好的分散，又可以交叉成基本均匀分布的空间结构，这将降低了后续拉拔、退火的难度，也提高产品的质量。与此相适应的退火温度为350-800℃，优选的退火升温速度为10-20℃/min，保温时间优选10min～3小时，更优选1～3小时，以提高金属丝的比刚度、强度。拉拔、退火视原料的性能、产品预期性质以及石墨烯的掺入量而定。优选地，所述重复多次拉拔、退火进一步为：依次进行第一次冷拔，在600-800℃下第一次退火，第二次冷拔，在350-500℃下第二次退火。该工艺采用两次拉拔退火，适宜对切削性能要求高、硬度要求低的镁合金丝。第一次退火的保温时间优选为10-30min，第二次退火的保温时间优选为1-2小时。优选地，所述重复多次拉拔、退火进一步为：依次进行第一次冷拔，在600-800℃下第一次退火，第二次冷拔，在350-500℃下第二次退火，第三次冷拔，在500-700℃下第三次退火。该工艺采用三次拉拔退火，能更大程度地消除应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，提高合金丝的比强度。第一次退火的保温时间优选为1-2小时，第二次退火的保温时间优选为10-20分钟，第三次退火的保温时间优选为1-2小时。另外，该工艺采用高→低→高退火趋势，可以提高合金丝的稳定性，以及耐火性。本专利技术所述的熔炼更适宜慢速升温，以利于石墨烯与金属合金的混合，优选的加热速度为10-20℃/min，更优选15-20℃/min。本专利技术所述镁合金丝的直径可以为任意尺寸，但与现有产品相比小尺寸的性能优势更明显，尤其是抗拉强度、比强度方面。为了解决石墨烯在熔炼过程中的团聚问题，在熔炼之后和重复多次拉拔、退火之前还优选进行：淬火、回火；淬火为：在1000-1200℃下保温1-3h，冷却；回火为：在700-800℃下保温0.5-2h，冷却。淬火、回火不仅消除了石墨烯的团聚物，而且使金属和石墨烯混合后产生了1+1远远大于2的效果，大幅提高了合金的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性。其中，淬火时的升温速度优选为15-30℃/min，回火时的升温速度优选为10-20℃/min，两者的冷却速度均优选为30℃/min以上。在金属粉与石墨烯熔炼前的混合工艺也非常重要，可以采用以下中的一种：将石墨烯的溶液与金属粉混合；或者，将石墨烯加入熔融态的金属中；或者，将石墨烯的溶液加入熔融态的金属中；所述石墨烯的溶液的溶剂优选为水或有机醇或两者的混合。或者将石墨烯与金属粉固-固混合。另外，由于目前大量纯石墨烯的生产困难，因此，在掺杂石墨烯时，也可以含石墨烯的混合物形式加入。与现有技术相比，本专利技术达到了以下技术效果：(1)镁合金丝的硬度、强度和耐火性都大幅提高，相比普通的镁合金，提高幅度为20％以上，基本满足了军工、航空航天等高端领域的要求；(2)制备工艺将石墨烯的改性水平充分体现，与普通的工艺相比，材料的工艺性能、切削性能和使用性能都大幅提升；(3)除了改善硬度、强度和耐火性等常规性能外，本专利技术还通过优化退火条件，使金属丝的比刚度提高了20％以上。具体实施方式下面将结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯掺杂的镁合金丝，其特征在于，所述石墨烯掺杂的镁合金丝为Mg‑Graphene‑Al‑Ti‑Cr‑Ni‑Ga‑Sm‑Yb合金，按质量百分含量计，所述石墨烯掺杂的镁合金中石墨烯的含量为0.15‑4％，Al的含量为6‑8％，Ti的含量为5‑7％，Cr的含量为0.1‑4％，Ni的含量为0.1‑4％，Ga的含量为0.1‑4％，Sm的含量为0.1‑4％，Yb的含量为0.1‑4％，余量为镁。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯掺杂的镁合金丝，其特征在于，所述石墨烯掺杂的镁合金丝为Mg-Graphene-Al-Ti-Cr-Ni-Ga-Sm-Yb合金，按质量百分含量计，所述石墨烯掺杂的镁合金中石墨烯的含量为0.15-4％，Al的含量为6-8％，Ti的含量为5-7％，Cr的含量为0.1-4％，Ni的含量为0.1-4％，Ga的含量为0.1-4％，Sm的含量为0.1-4％，Yb的含量为0.1-4％，余量为镁。2.根据权利要求1所述的石墨烯掺杂的镁合金丝，其特征在于，石墨烯的含量为0.2-1wt％，优选0.6-1wt％。3.根据权利要求1所述的石墨烯掺杂的镁合金丝，其特征在于，按质量百分含量计算，Al的含量为6-7％，Ti的含量为5-7％，Cr的含量为0.1-2％，Ni的含量为0.1-2％，Ga的含量为1-4％，Sm的含量为0.1-4％，Yb的含量为0.1-4％。4.根据权利要求1所述的石墨烯掺杂的镁合金丝，其特征在于，按质量百分含量计算，Al的含量为6-7％，Ti的含量为5-7％，Cr的含量为0.1-2％，Ni的含量为0.1-1％，Ga的含量为1-3％，Sm的含量为0.1-1％，Yb的含量为0.1-2％。5.权利要求1-4任一项所述的石墨烯掺杂的镁合金丝的制备方法，其特征在于，按照配方，将所有金属粉与石墨烯混合，之后在850-1100℃下熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯军，冯雷，
申请(专利权)人：冯军，冯雷，
类型：发明
国别省市：河北;13