一种石墨烯增强铝基复合材料的压铸制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯增强铝基复合材料的压铸制备方法，是针对石墨烯在铝合金基体中分散不均匀、与基体结合难的情况，采用半固态压铸的方法，经熔炼、保温、电磁搅拌、压实、压铸制成石墨烯增强铝基复合材料，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，工序严密，浆料纯净，金相组织致密性好，无缩孔、缩松现象，制备的石墨烯增强铝基复合材料硬度达85HB，相对于基体提高66％，抗拉强度达245Mpa，相对于基体提高51.28％，延伸率达8％，相对于基体提高5％，其致密度达到99.6％，是先进的石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯增强铝基复合材料的压铸制备方法
本专利技术涉及一种石墨烯增强铝基复合材料的压铸制备方法，属于有色金属复合材料制备及应用的

技术介绍
石墨烯具有优异的力学性能、热学性能和电学性能，是制备金属基纳米复合材料最为理想的增强体之一，利用石墨烯加入铝合金制备石墨烯增强铝基复合材料，可提高其综合性能，从而拓展铝合金的应用范围；既可扩展石墨烯的应用范围，又可为铝基复合材料工业化生产创造有利条件；但是石墨烯润湿性差，与铝合金界面结合力弱，在铝基体中难以均匀分布，是石墨烯增强铝基复合材料制备技术中的难题。如何将石墨烯均匀分散到铝合金金属基体中，同时使石墨烯和基体金属间形成良好的结合界面，且不破坏石墨烯的微观结构，是技术难题。当前，用石墨烯做增强相制备铝基复合材料还处于研究阶段，其工艺技术还有待进一步提高。目前，石墨烯增强铝基复合材料主要是采用粉末冶金的制备方法，这种制备方法成型工艺复杂，设备成本高，只能成型较简单的零件，且产品的生产周期长；当前，半固态压铸是制备石墨烯增强铝基复合材料的新方法，该技术集半固态成形与压铸成形技术于一体，是一种近净成形工艺，可实现少切削加工，减少零件的结构，提高零件性能；半固态压铸成型温度低，可减少石墨烯的烧损，使石墨烯与铝合金基体在压力作用下紧密结合，有利于形成石墨烯分布均匀的复合材料；压铸工艺可减少缩孔缩松现象，使金相组织致密，具有良好的表面质量和力学性能，此技术还在科学研究中。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是针对
技术介绍
的状况，以铝合金为基体，石墨稀为增强增韧剂，经混料，制备半固态浆液、加热熔炼、压铸，制成石墨烯增强铝基复合材料。技术方案本专利技术使用的化学物质材料为：石墨烯、铝合金、无水乙醇、氩气、氧化锌，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位制备方法如下：(1)制备半固态铝合金颗粒将铝合金熔化成固液混合态，利用电磁搅拌装置，使浆液产生运动，凝固后，制成半固态铝合金铸锭；半固态铝合金铸锭经过切削，制成长度≤1mm的长条状颗粒；(2)混料称取石墨烯颗粒15g±0.001g、铝合金颗粒5000g±0.001g，置于V型混料机中旋转混合，混料转数为20r/min，混合时间为30min，制成石墨烯铝合金混合颗粒；(3)制备铝合金半固态浆料铝合金半固态浆料的制备在电磁搅拌熔炼炉内进行，是在加热、熔炼、保温、电磁搅拌、压实过程中完成的；①打开电磁搅拌熔炼炉盖，用无水乙醇清洗熔炼坩埚内壁，使坩埚内部洁净；②将石墨烯铝合金混合颗粒放入熔炼坩埚，闭合电磁搅拌熔炼炉盖；③开启电磁搅拌熔炼炉加热器进行预热，预热温度200℃，预热时间15min；④预热完成后继续加热，调节炉内温度至580℃±1℃，保温30min，开启电磁搅拌装置控制开关，设定电磁搅拌参数，搅拌频率为35Hz，恒温搅拌时间15min；⑤电磁搅拌后，制成含石墨烯的铝合金半固态浆料；⑥启动加压装置，对坩埚内半固态浆料进行压实，压力50MPa，保压时间30s；(5)压铸制备石墨烯增强铝基复合材料①模具、金属液导管预热开启模温机对模具进行预热，预热温度为200℃，预热时间30min；开启金属液导管加热器，温度设定580℃；②压铸模具的型腔表面预处理取氧化锌涂覆剂，均匀涂覆于模具的型腔表面，涂覆层厚度≤0.15mm；③合拢模具，并启动锁模系统固定模具；④打开金属液导管阀门，坩埚中混合半固态浆料流经导管被压入压铸机压射腔中；⑤启动压射程序，压射冲头慢速前进，封住导管接口，冲头将浆料压入型腔；⑥浆料填充满型腔后，压射冲头持续向前跟踪保压，保压压强为150Mpa，保压时间20s，直至浆料凝固；(6)打开模具，冲头回位与开模动作同步进行，动模脱离固定模，冲头返回复位，顶出并取出铸件，得到石墨烯增强铝基复合材料；(7)清理、清洗清理铸件表面，并用无水乙醇清洗，清洗后晾干，使表面洁净；(8)检测、分析、表征对制备的石墨烯增强铝基复合材料的形貌、色泽、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征；用扫描电镜对铸件进行形貌分析；用金相分析仪对铸件进行金相组织分析；用微机控制的电子万能试验机对铸件进行抗拉强度分析；用维氏硬度计对铸件进行硬度分析；结论：石墨烯增强铝基复合材料为矩形块体，硬度达85HB，相对于基体提高66％，抗拉强度达245Mpa，相对于基体提高51.28％，延伸率达8％，相对于基体提高5％，其致密度达到99.6％，石墨烯在铝合金基体中分散均匀，与铝基体有良好的界面结合。有益效果本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，是针对石墨烯在铝合金基体中分散不均匀、与基体结合难的情况，采用半固态压铸的方法，经熔炼、保温、电磁搅拌、压实、压铸制成石墨烯增强铝基复合材料，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，工序严密，浆料纯净，金相组织致密性好，无缩孔、缩松现象，制备的石墨烯增强铝基复合材料硬度达85HB，相对于基体提高66％，抗拉强度达245Mpa，相对于基体提高51.28％，延伸率达8％，相对于基体提高5％，其致密度达到99.6％，是先进的石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。附图说明图1，石墨烯铝合金半固态浆料熔炼压铸状态图；图2，石墨烯增强铝基复合材料X射线衍射强度图谱；图3，石墨烯增强铝基复合材料金相组织形貌图；图中所示，附图标记清单如下：1、电磁搅拌熔炼炉，2、炉盖，3、液压传动杆，4、挤压头，5、炉腔，6、底座,7、工作台，8、熔炼坩埚，9、加热器，10、半固态浆液,11、固定板，12、电磁搅拌装置，13、金属液导管,14、导管加热装置，15、阀门，16、压射腔，17、压射冲头，18、固定模板，19、定模，20、合模装置板，21、合模机构，22、移动模板，23、动模，24、模温机，25、导热油管，26、压射机构，27、顶出装置，28、压铸成型件，29、导杆。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明：图1所示，为石墨烯铝合金半固态浆料熔炼压铸状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。制备熔炼使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、厘米3为计量单位。石墨烯铝合金半固态浆料的熔炼是在电磁搅拌熔炼炉中进行的，是在加热、熔炼、保温、电磁搅拌、压实过程中完成；石墨烯增强铝基复合材料的压制是在压铸机中进行的，是在压射、保压过程中完成；电磁搅拌熔炼炉1上方为炉盖2，液压传动杆3透过炉盖2连接炉内的挤压头4；电磁搅拌熔炼炉1内部为炉腔5、底部为底座6；在炉腔5内底部设有工作台7，在工作台7上放置熔炼坩埚8，熔炼坩埚8外圈是加热器9，通过加热器9加热制成半固态浆料10，加热器9外部为固定板11，固定板11外部为电磁搅拌装置12，开启电磁搅拌装置12对半固态浆料10进行搅拌；液压传动杆3向下推动挤压头4压实半固态浆料10；金属液导管13一端连接熔炼坩埚8，外部包裹导管加热装置14，启动导管加热装置14进行预热，开启阀门15，挤压头4将半固态浆料10压出，流经金属液导管13，进入压铸机压射腔16；压射腔16右端为压射冲头17，左端为固定模板18，固定模板18上装有定模19，通过导杆29连接合模装置板20、移动模板22，合模装置板20上有合模机构21，合模机构21推动移动模板22，使定模19与动模23接合，模温机24通过导热油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯增强铝基复合材料的压铸制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：石墨烯、铝合金、无水乙醇、氩气、氧化锌，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯增强铝基复合材料的压铸制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：石墨烯、铝合金、无水乙醇、氩气、氧化锌，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位制备方法如下：(1)制备半固态铝合金颗粒将铝合金熔化成固液混合态，利用电磁搅拌装置，使浆液产生运动，凝固后，制成半固态铝合金铸锭；半固态铝合金铸锭经过切削，制成长度≤1mm的长条状颗粒；(2)混料称取石墨烯颗粒15g±0.001g、铝合金颗粒5000g±0.001g，置于V型混料机中旋转混合，混料转数为20r/min，混合时间为30min，制成石墨烯铝合金混合颗粒；(3)制备铝合金半固态浆料铝合金半固态浆料的制备在电磁搅拌熔炼炉内进行，是在加热、熔炼、保温、电磁搅拌、压实过程中完成的；①打开电磁搅拌熔炼炉盖，用无水乙醇清洗熔炼坩埚内壁，使坩埚内部洁净；②将石墨烯铝合金混合颗粒放入熔炼坩埚，闭合电磁搅拌熔炼炉盖；③开启电磁搅拌熔炼炉加热器进行预热，预热温度200℃，预热时间15min；④预热完成后继续加热，调节炉内温度至580℃±1℃，保温30min，开启电磁搅拌装置控制开关，设定电磁搅拌参数，搅拌频率为35Hz，恒温搅拌时间15min；⑤电磁搅拌后，制成含石墨烯的铝合金半固态浆料；⑥启动加压装置，对坩埚内半固态浆料进行压实，压力为50MPa，保压时间30s；(5)压铸制备石墨烯增强铝基复合材料①模具、金属液导管预热开启模温机对模具进行预热，预热温度为200℃，预热时间30min；开启金属液导管加热器，温度设定580℃；②压铸模具的型腔表面预处理取氧化锌涂覆剂，均匀涂覆于模具的型腔表面，涂覆层厚度≤0.15mm；③合拢模具，并启动锁模系统固定模具；④打开金属液导管阀门，坩埚中混合半固态浆料流经导管被压入压铸机压射腔中；⑤启动压射程序，压射冲头慢速前进，封住导管接口，冲头将浆料压入型腔；⑥浆料填充满型腔后，压射冲头持续向前跟踪保压，保压压强为150Mpa，保压时间20s，直至浆料凝固；(6)打开模具，冲头回位与开模动作同步进行，动模脱离固定模，冲头返回复位，顶出并取出铸件，得到石墨烯增强铝基复合材料；(7)清理、清洗清理铸件表面，并用无水乙醇清洗，清洗后晾干，使表面洁净；(8)检测、分析、表征对制备的石...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇宏，李沐奚，陈伟鹏，候华，张婷，陈利文，梁建权，李利民，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14