一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)准备钴基高温合金粉末和石墨烯；(2)将钴基高温合金粉末和石墨烯混粉得到含石墨烯的钴基高温合金粉末；(3)将含石墨烯的钴基高温合金粉末分散到无水乙醇中配制成钴基高温合金无水乙醇分散液；(4)干燥钴基高温合金无水乙醇分散液得到干燥的粉料；(5)球磨粉料成粉末；(6)将球磨后的粉末装入钢包套，加热钢包套至500～800摄氏度，保温2‑5小时。本发明专利技术的石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法解决了石墨烯与钴基高温合金基体性质差异较大，石墨烯难以在钴基高温合金中分散均匀的问题，为钴基合金的发展提供了新的方向。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法
本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法。
技术介绍
钴基高温合金是含钴量在40～65％之间的奥氏体高温合金，在730～1100条件下具有一定的高温强度和良好的抗热腐蚀。适于制作航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等。钴基高温合金具有良好的抗热腐蚀性能，由于钴的硫化物熔点(如Co-Co4S3共晶，877℃)比镍的硫化物熔点(如Ni-Ni3S2共晶645℃)高，并且硫在钴中的扩散率比在镍中低得多，钴基高温合金在抗热腐蚀性方面优于镍基合金。但是钴基高温合金抗氧化能力通常比镍基合金低得多。石墨烯是一种由碳原子构成的二维纳米材料，由于其独特的二维蜂窝晶体结构和极高的键强度，石墨烯是目前已知的世界上比强度最高、最坚硬的材料，杨氏模量约为1100GPa，断裂强度约为130GPa，分别是最好的超高强度钢的6倍和60多倍，此外石墨烯还具有高导热和高导电的特性。所以关于石墨烯的复合材料的应用与研究十分有潜力。在已有的报道中，采用石墨烯增强的铝合金、铜合金和镁合金其性能得到了显著提升，石墨烯已经被证明是金属基复合材料有效的增强相材料。如果将石墨烯的高强度、高比模量等优点和钴基高温合金的高强度、高耐高温疲劳性能等优点结合起来，有望开发出具有优异性能的石墨烯增强钴基高温合金复合材料。制备钴基高温合金复合材料首先要解决的就是石墨烯在钴基高温合金中的分散性问题。由于石墨烯密度较小，分散性差且与钴基高温合金基体性质差异较大，采用传统熔炼冶金方法将石墨烯加入到金属材料中变得极为困难。石墨烯增强钴基高温合金的研究尚处于起步阶段，鲜见报道。因此，提供一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，解决石墨烯在钴基高温合金中不易分散的问题，改善钴基高温合金的性能，提高钴基高温合金的抗氧化能力并提升优化其它方面的性能，是本领域急需解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，解决石墨烯在钴基高温合金中不易分散的问题，改善钴基高温合金的性能，提高钴基高温合金的抗氧化能力并提升优化其它方面的性能，拓宽了钴基高温合金的应用领域。本专利技术公开了一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)准备钴基高温合金粉末和石墨烯；(2)将准备好的钴基高温合金粉末和石墨烯加入到混粉装置中混粉得到含石墨烯的钴基高温合金粉末；(3)将步骤(2)中得到的含石墨烯的钴基高温合金粉末分散到无水乙醇中配制成钴基高温合金无水乙醇分散液；(4)转移步骤(3)中的钴基高温合金无水乙醇分散液到真空条件下干燥成为干燥的粉料，干燥处理温度设定为50-100摄氏度，干燥处理时间设定为6-24小时；(5)球磨步骤(4)中的粉料成粉末；(6)将步骤(5)中球磨后的粉末装入钢包套，加热钢包套至500～800摄氏度，保温2-5小时后冷却到室温；(7)去除钢包套即得到石墨烯增强钴基高温合金的复合材料。可选择地，本专利技术的石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法进一步包括步骤(6)之后步骤(7)之前的步骤：焊接钢包套的封口，热等静压处理步骤(6)中封好的钢包套，热等静压处理的温度设定为900～1400摄氏度，热等静压处理的压力设定为120-180兆帕，热等静压处理时间设定为1.5-5小时。可选择地，步骤(1)中选择的钴基高温合金粉末中，以重量份数计含有以下组分：可选择地，步骤(1)中选择的钴基高温合金粉末中，以重量份数计含有以下组分：可选择地，步骤(1)中选择的钴基高温合金粉末中，以重量份数计含有以下组分：可选择地，以重量份数计，步骤(1)中准备的石墨烯为准备的钴基高温合金粉末的0.01～1.5％。可选择地，步骤(1)中准备的钴基高温合金粉末为粒径10-100微米的钴基高温合金纳米粒子；可选择地，步骤(1)中准备的石墨烯为层数少于8层的石墨烯纳米片。可选择地，步骤(1)中准备的钴基高温合金粉末为粒径20-50微米的钴基高温合金纳米粒子；可选择地，步骤(1)中准备的石墨烯为层数少于8层的氧化石墨烯纳米片。可选择地，步骤(3)中进一步包括，机械搅拌钴基高温合金无水乙醇分散液，机械搅拌时间设定为30-90分钟，机械搅拌转速设定为5000～15000转/分钟。可选择地，步骤(5)中球磨处理时间设定为30～180分钟，球磨转速设定为200～600转/分，球磨的球料比设定为2～15:1。可选择地，步骤(6)中将球磨后的粉末装入钢包套后，将钢包套抽真空后再对钢包套进行加热处理。可选择地，将钢包套抽真空至内部压强达到1×10-2Pa以下再对钢包套进行加热处理。其中，作为本专利技术的一个优选示例：一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将钴基高温合金粉和石墨烯放入V型混粉机进行混粉5～8h，制备含石墨烯的钴基高温合金粉料。(2)将混合后的粉末倒入盛有无水乙醇的烧杯中，在机械搅拌下干燥处理至浆料呈膏状后，转移到真空烘干箱中进行彻底干燥处理，干燥温度为50～100℃。(3)将干燥后的粉料进行球磨。(4)将球磨后的粉末装入圆柱形钢包套中，抽真空至真空压强为1×10-2Pa以下，加热到500～800℃，保温2h，冷却到室温后焊接封口。(5)将封好的钢包套在900～1400℃/140MPa进行热等静压处理2h，出炉后将采用机械加工的方式将外层的包套去掉即得到石墨烯增强钴基高温合金材料。本专利技术综合考虑了钴基高温合金中各个元素对钴基高温合金的成本和性能的综合影响，特别是对Cr、C、Ni、W、Si、P的含量的选择，以及石墨烯与钴基高温合金比例的选择对石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的性能影响。具体考虑因素如下：铬：Cr元素是重要的抗氧化与抗腐蚀合金元素，Cr元素的加入可以在复合材料形成致密富铬氧化膜组织材料进一步氧化，提升材料的抗氧化性，延长材料的使用寿命。但是过量的Cr元素会影响复合材料的稳定性，对复合材料后期的耐蚀性不利，而且，Cr的分布不均对合金的耐蚀性有降低趋势。因此，本专利技术中选择增强的钴基高温合金中Cr的含量为8.0～24.0wt％。碳：C元素是高温合金中典型的强化元素，在钴基高温合金中添加C有利于提高合金的高温强度，但过量的C元素添加将极大地增加合金铸件在铸造凝固过程中的热裂倾向，导致晶界形成薄膜状的碳化物，恶化其力学性能。因此，本专利技术中选择增强的钴基高温合金中C含量为0.05～0.3wt％。镍：Ni元素能够提高钴基高温合金高温条件下的稳定性，但过高的Ni加入量将引起持久性能降低，影响钴基高温合金在长期服役过程中的稳定性。因此，本专利技术中选择增强的钴基高温合金中Ni含量为9.0～24.0wt％。钨：W元素是高温合金中的主要固溶强化元素。由于W(ρ＝19.3g/cm3)的密度较大，W元素的加入会极大增加合金密度，但是如果在合金中添加W含量过多，热腐蚀过程中加速有害液相腐蚀产物的生成，降低钴基合金复合材料的热腐蚀性能；另一方面，在长期服役过程中W元素可能促进有害相的形成，对钴基高温合金复合材料的稳定性不利。因此，本专利技术中选择增强的钴基高温合金中W的含量为12.0～17.0wt％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备钴基高温合金粉末和石墨烯；(2)将准备好的钴基高温合金粉末和石墨烯加入到混粉装置中混粉得到含石墨烯的钴基高温合金粉末；(3)将步骤(2)中得到的含石墨烯的钴基高温合金粉末分散到无水乙醇中配制成钴基高温合金无水乙醇分散液；(4)转移步骤(3)中的钴基高温合金无水乙醇分散液到真空条件下干燥成为干燥的粉料，干燥处理温度设定为50‑100摄氏度，干燥处理时间设定为6‑24小时；(5)球磨步骤(4)中的粉料成粉末；(6)将步骤(5)中球磨后的粉末装入钢包套，加热钢包套至500～800摄氏度，保温2‑5小时后冷却到室温；(7)去除钢包套即得到石墨烯增强钴基高温合金的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备钴基高温合金粉末和石墨烯；(2)将准备好的钴基高温合金粉末和石墨烯加入到混粉装置中混粉得到含石墨烯的钴基高温合金粉末；(3)将步骤(2)中得到的含石墨烯的钴基高温合金粉末分散到无水乙醇中配制成钴基高温合金无水乙醇分散液；(4)转移步骤(3)中的钴基高温合金无水乙醇分散液到真空条件下干燥成为干燥的粉料，干燥处理温度设定为50-100摄氏度，干燥处理时间设定为6-24小时；(5)球磨步骤(4)中的粉料成粉末；(6)将步骤(5)中球磨后的粉末装入钢包套，加热钢包套至500～800摄氏度，保温2-5小时后冷却到室温；(7)去除钢包套即得到石墨烯增强钴基高温合金的复合材料。2.如权利要求1所述的石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，其特征在于，进一步包括步骤(6)之后步骤(7)之前的步骤：焊接钢包套的封口，热等静压处理步骤(6)中封好的钢包套，热等静压处理的温度设定为900～1400摄氏度，热等静压处理的压力设定为120-180兆帕，热等静压处理时间设定为1.5-5小时。3.如权利要求2所述的石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中选择的钴基高温合金粉末中，以重量份数计含有以下组分：4.如权利要求3所述的石墨烯增强钴基高温合金的复合材料的制备方法，其特征在于，以重量份数计，步骤(1)中准备的石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：高冉，曹振，王旭东，李炯利，李佳惠，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11