The invention discloses a high strength and high toughness graphene reinforced copper matrix composite material and a bionic preparation method of its nacre layer. Firstly, solute atom supersaturated Cu_Cr alloy powder is prepared by atomizing powder preparation, nano-Cr phase is precipitated by ageing treatment, flake powder is obtained by ball milling, and then copper element in flake powder is selectively dissolved by electrochemical De-alloying method, and on the powder surface. Crphase bulge is constructed on the surface, and then PVA is adsorbed on the surface of flake powder by slurry method to form flake powder modified by PVA, which is drifted freely in alcohol to form orderly accumulation of powder. The bulk material is prepared by sintering and densification of SPS. The nanophase Crs on the surface of flake powder contact each other and diffuse bridging into a pearl mineral bridge bionic bridge by means of thermo-mechanical treatment. Graphene/Cu_ Cr matrix composites were obtained by structure analysis. The invention improves the strength and toughness of the copper matrix composite material and obtains good electrical conductivity and tribological performance by biomimetic structure of pearl layer \brick-mud-bridge\.
【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法
本专利技术涉及金属基复合材料
，具体为一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法。
技术介绍
金属基复合材料(MMCs)是以金属或合金为基体，以纤维或颗粒等为增强相的复合材料，兼具金属与增强相的优良性能，已在诸多行业实现商业化应用。但是,MMCs的未来既有可能持续扩大应用领域和市场规模,也有可能在其它材料和技术的竞争下停滞甚至萎缩，其强度和塑/韧性的倒置关系是亟需解决的重要问题。粉末冶金作为MMCs最常用的制备方法，其烧结过程无法完全消除孔隙，易造成局部应力集中和裂纹扩展，加剧了强度和塑/韧性之间的匹配问题。对于碳材料增强铜基复合材料，石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等增强体材料与铜基体均不润湿，往往难以形成有效的界面结合，导致更突出的强度和塑/韧性倒置问题。因此，如何在保证强度的前提下提高材料的塑/韧性，不仅是碳材料增强铜基复合材料，也是粉末冶金制备MMCs普遍面临的关键共性问题。传统MMCs往往通过促进相与基体在空间的均匀分布以满足强韧性要求，属于最简单的空间配置模式。近年来，国内外科...
【技术保护点】
1.一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料，其特征在于：包括以下比例组分：Cr:0.3‑1.0w.t.％；Fe:0.05‑0.1w.t.％；Mg:0.05‑0.1w.t.％；石墨烯1‑5vol％；余量为Cu，杂质总含量小于0.2％。
【技术特征摘要】
1.一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料，其特征在于：包括以下比例组分：Cr:0.3-1.0w.t.％；Fe:0.05-0.1w.t.％；Mg:0.05-0.1w.t.％；石墨烯1-5vol％；余量为Cu，杂质总含量小于0.2％。2.根据权利要求1所述一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料，其特征在于：优化的成分配比包括以下比例的组分：Cr:0.4-0.6w.t.％；Fe:0.06-0.085w.t.％；Mg:0.06-0.085w.t.％；石墨烯2.0-2.5vol％；余量为Cu，杂质总含量小于0.1％。3.根据权利要求1或2所述一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料，其特征在于：所述Fe和Mg元素的总含量不超过0.12％，且两者原子比为2:1。4.权利要求1或2所述一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料的珍珠层仿生制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)喷雾制粉：首先在铜熔体中加入Fe，然后再将纯Mg加入，最后将纯Cr加入，将铜与Fe、Mg和Cr混合的金属熔体通过气雾化的制粉方法，得到溶质原子过饱和的Cu-Cr合金粉末，同时，经过雾化制备粉末后，Fe和Mg均以溶质原子形式存在，在上述的雾化制粉的过程中雾化液滴平均粒径控制为10～12μm之间；(2)Cu-Cr合金粉末的时效处理：将步骤(1)中所制得的Cu-Cr合金粉末进行时效处理，促进过饱和Cr溶质原子脱溶析出形成纳米相，制得含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末，经过时效后，Fe、Mg元素均偏聚于纳米Cr相和基体的界面上，使得纳米Cr相的尺寸减小，时效温度为450-550℃，时效时间为0.5-3h；(3)片状粉末制备：利用行星球磨机对步骤(2)制得的含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末进行球磨以制备片状粉末，从而制得尺寸相同且厚度小于2μm的含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末，且该片状粉末即为“砖—泥—桥”的“砖”仿生结构；(4)含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末的电化学脱合金处理：将步骤(3)中所制得的含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末通过电化学脱合金法进行电化学腐蚀，造成Cu元素选择性溶解形成凹坑，并形成Cr相凸起，从而制得表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末；(5)PVA改性处理：将步骤(4)中所制得的表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末在PVA中搅拌1-2h，过滤并用去离子水冲洗获得PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末，然后再将PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末加入到去离子水中形成悬浊液，即为制得的PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末料浆；...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建波，胡咏梅，郑铮辉，李律达，郭圣达，肖翔鹏，李勇，陈辉明，谢伟滨，陈俏，满绪存，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36
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