一种利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法技术

本发明专利技术公开一种利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法，属于金属基复合材料技术领域。具体为：先用含AGS的等离子水对石墨烯进行预处理，之后通过等离子增强化学气相沉积法制得镀锌石墨烯；对废铝粉进行清洁处理，然后向制备好的镀锌石墨烯与清洁后的铝合金的复合粉末中加入EAA2022热熔胶，并将三者进行真空球磨混合均匀；最后通过粉末热挤压工艺将球磨好的复合粉末制成镀锌石墨烯增强铝基复合材料。本发明专利技术制备的镀锌石墨烯增强铝基复合材料解决了现有技术中石墨烯在铝基体中分散不均匀的问题，同时也对废旧铝粉进行了有效回收利用。

A method of preparing zinc coated graphene reinforced aluminum matrix composite with waste aluminum powder

【技术实现步骤摘要】
一种利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法
本专利技术属于金属基复合材料
，特别涉及一种利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法。
技术介绍
随着现代科学技术的迅速发展，对废旧金属回收越来越引起了人们的广泛重视。目前随着增材制造技术的发展，如激光熔覆、金属3D打印等，往往会产生较多的废旧金属粉末。这些金属粉末制作成本较高，如果简单的回收重熔制成新的铝制品，工序繁琐复杂，将会造成极大的浪费。如果直接将废旧金属粉末进行成形，由于含有杂质，难以满足使用性能要求。随着我国在航空航天、军工、电子、汽车等领域综合实力的提升，对铝合金材料力学性能提出了更高的要求，其单一性能已无法满足实际需求，而综合性能更好的金属基复合材料应运而生，且得到了快速发展。石墨烯具有高强度、高韧性和高导电性等优点，将其添加到铝合金中，可有效改善铝合金的综合性能，使其在力学、光学、热学、电学等方面具有重要应用潜力。因此，石墨烯/铝基复合材料已成为一种重要的复合材料。目前，铝合金废料主要靠重熔法、真空蒸馏法及电解精炼法进行回收。铝废屑在重熔过程中，氧化严重，损失量大，回收效率低。直接回收废铝粉进行再生成形，能够有效避免重熔过程中的缺点，并且具有流程短，能耗低，废气排放少等优点，受到人们的广泛关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法，利用废铝粉末为铝基体，然后加入镀锌石墨烯进行强化，最后进行挤压成形，制备高性能铝基复合材料。本专利技术镀锌石墨烯增强铝基复合材料的制备方法解决了现有技术中石墨烯在铝基体中分散不均匀的问题，同时也对废旧铝粉进行了有效回收利用。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法，具体包括以下步骤：（1）预处理石墨烯：将石墨烯分散在十二烷基硫酸钠水溶液中，80℃下超声处理3-6h，随后用丙酮对石墨烯进行超声清洗，然后用液氮进行冷冻干燥处理；（2）制备镀锌石墨烯：采用等离子体增强化学气相沉积法制备镀锌石墨烯，在石墨烯表面生成Zn膜；（3）预处理铝基体：所述铝基体采用废旧铝合金粉末，预处理的过程为：将废旧铝合金粉末在α-磺基脂肪酸甲酯水溶液中进行超声清洗，然后再在丙酮溶液中超声清洗，清洗完成后真空烘干；（4）真空球磨镀锌石墨烯铝基复合粉末：对球磨机抽真空，并向球磨室内通入氩气，将步骤（2）制得的镀锌石墨烯、步骤（3）预处理后的铝基体、乙烯丙烯酸共聚物EAA2022热熔胶装入球磨室，进行球磨，球磨球料比为6-8:1；（5）对球磨好的镀锌石墨烯铝基复合粉末进行挤压成形：首先制备挤压坯料，在挤压坯料模具外侧加入保温套对挤压坯料模具进行隔热保温，对挤压坯料模具内壁涂抹石墨润滑剂，向挤压坯料模具中加入步骤（4）制备好的镀锌石墨烯铝基复合粉末，挤压温度为400℃，挤压载荷为90t，保压1h，然后进行脱模，从而制备成挤压坯料；然后将挤压坯料进行挤压成形，最后对挤压成型的材料在400℃-420℃固溶处理1-3h，水冷；在150℃-170℃时效处理16-20h，空冷，即得镀锌石墨烯增强铝基复合材料。进一步，所述步骤（1）中，十二烷基硫酸钠水溶液的浓度为0.08g/L-0.13g/L，每1g石墨烯分散到600-800mL十二烷基硫酸钠水溶液中。进一步，所述步骤（2）中，等离子体增强化学气相沉积法制备镀锌石墨烯的过程在生长室中进行，本底真空度小于6×10-5Pa；反应前，对生长室中的基板清洗，依次在120℃下用15g/L-30g/L的二甲基亚砜水溶液清洗，在80℃下用200g/L-250g/L的α-磺基脂肪酸甲酯水溶液清洗，在60℃下用400g/L-600g/L的异丙醇水溶液清洗，最后让基板在氮气的环境中干燥，将步骤（1）中预处理好的石墨烯在基板表面均匀平铺，基板放入生长室中，向生长室中通入氦气30min，氦气的流速为3mL/min，并将基板预热到120℃；反应开始，将生长室温度升至250℃，继续以流速为3mL/min向生长室中通入氦气，同时向生长室中通入氮气、Zn(C2H5)2和CO2，其中Zn(C2H5)2以氮气为载体运进生长室，三者的流速比为N2:Zn(C2H5)2:CO2=5:3:4；引入RF射频等离子体，设置射频值为38W-40W，对CO2中的O进行活化，在石墨烯表面包覆一层ZnO膜；在石墨烯表面生成一层ZnO膜后，继续将生成室中的温度升高至350℃-450℃，并继续向生成室中通入氦气，同时通入氢气、氮气，其流速比为3:5，在此条件下将石墨烯表面的ZnO还原为Zn，在石墨烯表面包覆一层Zn膜，即得镀锌石墨烯。反应完成后，收集制得的镀锌石墨烯并将其放入真空干燥箱中，在80℃-100℃下进行烘干处理3-6h，取出备用。进一步，所述步骤（3）中废旧铝合金粉末的成分为：7075系铝合金，元素及质量分数为Zn：5.9%，Mg：2.5%，Cu：1.6%，余量为Al。进一步，所述步骤（4）中镀锌石墨烯、铝基体、乙烯丙烯酸共聚物EAA2022热熔胶的质量比为1-3:92-94:5。进一步，所述步骤（4）中球磨转速为230-250rpm，球磨时间为3h-6h。进一步，所述步骤（5）中挤压成形的条件为：挤压载荷120t，挤压速度设置为20mm/s，挤压比为30，挤压锥角150°-180°，挤压温度330℃。上述所述的利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法制得的镀锌石墨烯增强铝基复合材料。上述所述的镀锌石墨烯增强铝基复合材料可以代替铝合金，在力学方面可以作为耐磨材料使用，在热学方面可以作为良好的导热材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术镀锌石墨烯增强铝基复合材料的制备方法通过在石墨烯的表面镀锌，增大石墨烯的密度，改善石墨烯与铝基体之间的润湿性，减少石墨烯在铝基体中的团聚现象，从而解决了现有技术中石墨烯在铝基体中分散不均匀的问题。2、本专利技术镀锌石墨烯增强铝基复合材料的制备方法所制备的镀锌石墨烯增强铝基复合材料中石墨烯在铝基体中分散均匀，使复合材料的综合性能大幅度提高，并使得铝基复合材料在航空、航天及汽车等领域可以得到进一步的应用。3、本专利技术镀锌石墨烯增强铝基复合材料的制备方法以废旧铝合金粉末为铝基体，实现了废铝粉的再生成形，有效避免重熔过程中的缺点，并且具有流程短，能耗低，废气排放少等优点，解决了废旧金属粉末的回收利用问题，降低成本，具有显著的经济效益和社会意义。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1本实施例的利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法为：（1）对石墨烯进行预处理：将石墨烯分散在浓度为0.08g/L的十二烷基硫酸钠水溶液中，每1g石墨烯分散到600ml的十二烷基硫酸钠水溶液，分散温度为80℃，用超声分散处理3h，随后用丙酮对石墨烯进行超声清洗，然后用液氮进行冷冻干燥处理，温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，该制备方法具体包括以下步骤：/n（1）预处理石墨烯：将石墨烯分散在十二烷基硫酸钠水溶液中，80℃下超声处理3-6h，随后用丙酮对石墨烯进行超声清洗，然后用液氮进行冷冻干燥处理；/n（2）制备镀锌石墨烯：采用等离子体增强化学气相沉积法制备镀锌石墨烯，在石墨烯表面生成Zn膜；/n（3）预处理铝基体：所述铝基体采用废旧铝合金粉末，预处理的过程为：将废旧铝合金粉末在α-磺基脂肪酸甲酯水溶液中进行超声清洗，然后再在丙酮溶液中超声清洗，清洗完成后真空烘干；/n（4）真空球磨镀锌石墨烯铝基复合粉末：对球磨机抽真空，并向球磨室内通入氩气，将步骤（2）制得的镀锌石墨烯、步骤（3）预处理后的铝基体、乙烯丙烯酸共聚物EAA2022热熔胶装入球磨室，进行球磨，球磨球料比为6-8:1；/n（5）对球磨好的镀锌石墨烯铝基复合粉末进行挤压成形：/n首先制备挤压坯料，在挤压坯料模具外侧加入保温套对挤压坯料模具进行隔热保温，对挤压坯料模具内壁涂抹石墨润滑剂，向挤压坯料模具中加入步骤（4）制备好的镀锌石墨烯铝基复合粉末，挤压温度为400℃，挤压载荷为90t，保压1h，然后进行脱模，从而制备成挤压坯料；然后将挤压坯料进行挤压成形，最后对挤压成型的材料在400℃-420℃固溶处理1-3h，水冷；在150℃-170℃时效处理16-20h，空冷，即得镀锌石墨烯增强铝基复合材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，该制备方法具体包括以下步骤：
（1）预处理石墨烯：将石墨烯分散在十二烷基硫酸钠水溶液中，80℃下超声处理3-6h，随后用丙酮对石墨烯进行超声清洗，然后用液氮进行冷冻干燥处理；
（2）制备镀锌石墨烯：采用等离子体增强化学气相沉积法制备镀锌石墨烯，在石墨烯表面生成Zn膜；
（3）预处理铝基体：所述铝基体采用废旧铝合金粉末，预处理的过程为：将废旧铝合金粉末在α-磺基脂肪酸甲酯水溶液中进行超声清洗，然后再在丙酮溶液中超声清洗，清洗完成后真空烘干；
（4）真空球磨镀锌石墨烯铝基复合粉末：对球磨机抽真空，并向球磨室内通入氩气，将步骤（2）制得的镀锌石墨烯、步骤（3）预处理后的铝基体、乙烯丙烯酸共聚物EAA2022热熔胶装入球磨室，进行球磨，球磨球料比为6-8:1；
（5）对球磨好的镀锌石墨烯铝基复合粉末进行挤压成形：
首先制备挤压坯料，在挤压坯料模具外侧加入保温套对挤压坯料模具进行隔热保温，对挤压坯料模具内壁涂抹石墨润滑剂，向挤压坯料模具中加入步骤（4）制备好的镀锌石墨烯铝基复合粉末，挤压温度为400℃，挤压载荷为90t，保压1h，然后进行脱模，从而制备成挤压坯料；然后将挤压坯料进行挤压成形，最后对挤压成型的材料在400℃-420℃固溶处理1-3h，水冷；在150℃-170℃时效处理16-20h，空冷，即得镀锌石墨烯增强铝基复合材料。


2.根据权利要求1所述的利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，十二烷基硫酸钠水溶液的浓度为0.08g/L-0.13g/L，每1g石墨烯分散到600-800mL十二烷基硫酸钠水溶液中。


3.根据权利要求1所述的利用废铝粉制备镀锌石墨烯增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，等离子体增强化学气相沉积法制备镀锌石墨烯的过程在生长室中进行，本底真空度小于6×10-5Pa；
反应前，对生长室中的基板清洗，依次在120℃下用15g/L-30g/L的二甲基亚砜水溶液清洗，在80℃下用200g/L-250g/L的α-磺基脂肪酸甲酯水溶液清洗，在60℃下用400g/L-600g/L的异丙醇水溶液清洗，最后让基板在氮气的环境中干燥，将步骤（1）中预处...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵占勇，武侠宇，白培康，张文达，刘斌，王建宏，李玉新，王宇，李晓峰，李忠华，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14