一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.01～0.3wt.％、铜0.3～2.4wt.％、碳0.2～1.3wt.％、铁1.2～4.6wt.％、碳化硅0.8～1.9wt.％、氧化镧0.1～1.5wt.％、表面活性剂1.9～4.5wt.％、余量为铝。本发明专利技术所述改性石墨烯增强铝基复合材料综合力学性能较好，强度和硬度升高；所述复合材料保持铝基复合材料原有的塑性；本发明专利技术所述方法保证了石墨烯与金属熔体间的润湿性，保证复合材料组织致密，界面结合良好，石墨烯呈片状均匀分布在铝基中。

Modified graphene reinforced aluminum matrix composite material and preparation method thereof

The invention discloses a modified graphene reinforced aluminum matrix composite material and a preparation method thereof, comprising the following components, the mass fraction of modified graphene percentage: 0.01 ~ 0.3wt.%, 0.3 ~ 2.4wt.%, copper and iron carbon 0.2 ~ 1.3wt.% 1.2 ~ 4.6wt.%, 0.8 ~ 1.9wt.%, silicon carbide oxide lanthanum ~ 0.1 1.5wt.%, surface active agent is 1.9 to 4.5wt.% and the other is aluminum. The invention of the modified graphene enhanced mechanical properties of aluminum matrix composites with good strength and hardness increased; the composite material to maintain the original aluminum composite plastic; the method of the invention ensures that the wettability between graphene and metal melt, ensure the microstructure of composite compact, good interface. Graphene was homogeneously distributed in aluminum matrix.

【技术实现步骤摘要】
一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法
本专利技术属于金属铸造领域，涉及一种铝合金及其铸造方法，具体为一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法。
技术介绍
轻金属基复合材料是一种优异的结构功能一体化材料，具有高比强度、高比刚度和高比模量，如铝基、镁基复合材料，已成为汽车、电子、航空、海洋等军民工业领域的理想材料。与传统颗粒或纤维增强相不同，二维结构的石墨烯因其超高的强度、模量等物理特性，作为复合材料的增强相，可与基体发挥协同作用，以制备出高性能的复合材料。石墨烯易产生团聚现象，与金属具有较差的界面润湿性，且由于石墨烯密度远低于铝、镁等金属的密度，在金属熔体中极易产生漂浮，难以均匀分布于金属中。针对上述问题，人们通过石墨烯表面改性、成型方式优化和物理化学反应等手段展开了大量关于石墨烯增强铝、镁等轻金属基复合材料及其成型的研究。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种石墨烯分散均匀，且能够增强铝基复合材料的力学性能的方法，本专利技术提供了一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法。技术方案：一种改性石墨烯增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.01～0.3wt.％、铜0.3～2.4wt.％、碳0.2～1.3wt.％、铁1.2～4.6wt.％、碳化硅0.8～1.9wt.％、氧化镧0.1～1.5wt.％、表面活性剂1.9～4.5wt.％、余量为铝。优选的，改性石墨烯的质量分数百分比为0.01～0.05wt.％。优选的，碳元素的质量分数百分比为0.5～1.1wt.％。优选的，碳化硅的质量分数百分比为1.2～1.6wt.％。优选的，铝元素与改性石墨烯的质量比大于200。优选的，铝元素与碳元素的质量比大于100。优选的，铝元素与表面活性剂的质量比大于20。一种改性石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将石墨烯加入无水乙醇中，m/v为1:15～25，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理2～4小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40～56℃的烘箱中，去除无水乙醇，制得改性石墨烯；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入改性石墨烯，在700～750℃内保温30～65分钟；(4)添加铜、碳、铁、碳化硅和氧化镧后保温搅匀，在750～780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20～40分钟，再加入表面活性剂，在700～720℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性石墨烯增强铝基复合材料。优选的，固溶处理的温度为480～530℃，时间为3～17小时。优选的，时效处理的温度为185～265℃，时间为12～48小时。有益效果：(1)本专利技术所述改性石墨烯增强铝基复合材料综合力学性能较好，强度和硬度升高；(2)所述复合材料保持铝基复合材料原有的塑性；(3)本专利技术所述方法保证了石墨烯与金属熔体间的润湿性，保证复合材料组织致密，界面结合良好，石墨烯呈片状均匀分布在铝基中。具体实施方式实施例1一种改性石墨烯增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.01wt.％、铜0.3wt.％、碳0.2wt.％、铁1.2wt.％、碳化硅0.8wt.％、氧化镧0.1wt.％、表面活性剂1.9wt.％、余量为铝。一种改性石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将石墨烯加入无水乙醇中，m/v为1:15，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理2小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40℃的烘箱中，去除无水乙醇，制得改性石墨烯；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入改性石墨烯，在700℃内保温30分钟；(4)添加铜、碳、铁、碳化硅和氧化镧后保温搅匀，在750℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20分钟，再加入表面活性剂，在700℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性石墨烯增强铝基复合材料。固溶处理的温度为480℃，时间为3小时。时效处理的温度为185℃，时间为12小时。实施例2一种改性石墨烯增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.05wt.％、铜0.9wt.％、碳0.7wt.％、铁1.8wt.％、碳化硅1.0wt.％、氧化镧0.5wt.％、表面活性剂2.4wt.％、余量为铝。一种改性石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将石墨烯加入无水乙醇中，m/v为1:18，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理3小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于45℃的烘箱中，去除无水乙醇，制得改性石墨烯；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入改性石墨烯，在710℃内保温40分钟；(4)添加铜、碳、铁、碳化硅和氧化镧后保温搅匀，在760℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置25分钟，再加入表面活性剂，在710℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性石墨烯增强铝基复合材料。固溶处理的温度为500℃，时间为5小时。时效处理的温度为200℃，时间为16小时。实施例3一种改性石墨烯增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.1wt.％、铜1.4wt.％、碳1.1wt.％、铁2.9wt.％、碳化硅1.2wt.％、氧化镧1.2wt.％、表面活性剂3.2wt.％、余量为铝。一种改性石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将石墨烯加入无水乙醇中，m/v为1:21，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理3小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于50℃的烘箱中，去除无水乙醇，制得改性石墨烯；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入改性石墨烯，在725℃内保温55分钟；(4)添加铜、碳、铁、碳化硅和氧化镧后保温搅匀，在770℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置30分钟，再加入表面活性剂，在710℃撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(5)对铝合金熔体进行重力铸造，得到铝合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性石墨烯增强铝基复合材料。固溶处理的温度为515℃，时间为10小时。时效处理的温度为225℃，时间为22小时。实施例4一种改性石墨烯增强铝基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.3wt.％、铜2.4wt.％、碳1.3wt.％、铁4.6wt.％、碳化硅1.9wt.％、氧化镧1.5wt.％、表面活性剂4.5wt.％、余量为铝。一种改性石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将石墨烯加入无水乙醇中，m/v为1:25，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理4小时；(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于56℃的烘箱中，去除无水乙醇，制得改性石墨烯；(3)将纯铝进行熔化，待其熔化一半时加入改性石墨烯，在750℃内保温65分钟；(4)添加铜、碳、铁、碳化硅和氧化镧后保温搅匀，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性石墨烯增强铝基复合材料，其特征在于，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.01～0.3wt.％、铜0.3～2.4wt.％、碳0.2～1.3wt.％、铁1.2～4.6wt.％、碳化硅0.8～1.9wt.％、氧化镧0.1～1.5wt.％、表面活性剂1.9～4.5wt.％、余量为铝。

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯增强铝基复合材料，其特征在于，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.01～0.3wt.％、铜0.3～2.4wt.％、碳0.2～1.3wt.％、铁1.2～4.6wt.％、碳化硅0.8～1.9wt.％、氧化镧0.1～1.5wt.％、表面活性剂1.9～4.5wt.％、余量为铝。2.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯增强铝基复合材料，其特征在于，改性石墨烯的质量分数百分比为0.01～0.05wt.％。3.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯增强铝基复合材料，其特征在于，碳元素的质量分数百分比为0.5～1.1wt.％。4.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯增强铝基复合材料，其特征在于，碳化硅的质量分数百分比为1.2～1.6wt.％。5.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯增强铝基复合材料，其特征在于，铝元素与改性石墨烯的质量比大于200。6.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯增强铝基复合材料，其特征在于，铝元素与碳元素的质量比大于100。7.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯增强铝基复合材料，其特征在于，铝元素与表面活性剂的质量比大于20。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莉，王爽，邱晶，刘晓东，黄明明，
申请(专利权)人：苏州莱特复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32