GR增强的镁合金基复合材料丝材及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种GR增强的镁合金基复合材料丝材，按重量百分比由以下原料组分组成：GR粉0.5‑1.5％、余量为镁合金粉，以上各组分重量百分比之和为100％。避免了GR出现的多层化和烧损问题，并解决单层石墨烯GR与镁合金晶粒界面问题，充分发挥GR对基体的增强作用，避免出现界面微裂纹。还提供了上述复合材料丝材的制备方法，步骤1，高能球磨：步骤2，挤压成形：将步骤1球磨后的GR粉和镁合金粉分两步进行挤压成形，首先进行往复挤压，然后再通过普通正挤压后制成石墨烯增强的镁合金基复合材料丝材。

GR reinforced magnesium alloy matrix composite wire material and preparation method

【技术实现步骤摘要】
GR增强的镁合金基复合材料丝材及制备方法
本专利技术属于金属材料及冶金
，具体涉及一种GR增强的镁合金基复合材料丝材，本专利技术涉及该种GR增强的镁合金基复合材料丝材的制备方法。
技术介绍
近年来，由于镁基复合材料具有高的比强度、弹性模量、硬度和尺寸稳定性，以及优良的耐磨、耐蚀、减振性能、高温性能和良好的电磁屏蔽性，高的电负性和导热性，在航空航天、军工产品制造、汽车轻量化、电子及运输工业等领域获得了越来越广泛的关注和应用。由于复合材料获得强化效果很大程度取决于将应力从基体转移到比较强的增强相的能力，因而获得一个强的增强体/基体的界面结合十分关键。石墨烯(GR)作为一种新型二维结构材料，由sp2杂化轨道结合的单层碳原子构成，具有优异的力学、热学及电学性能。GR是目前已知兼具高强与高韧于一体的材料，其抗拉强度为130GPa，杨氏模量为1.0TPa。此外，GR还具有优异的导电、导热、高阻尼容量、高弹性模量和良好的自润滑性，其载流子迁移率达到1.5×104cm2/(V·s)，热导率高达3000W/(m·K)。因此，GR已经成为重要的结构和功能新材料的增强体，自被发现以来在诸多领域得到了广泛应用，GR可以作为镁基复合材料中最理想的增强体之一。各领域大量科研人员就改善石墨烯的分散性做了很多工作。如何提高GR分散性和GR与镁基体之间的界面结合问题已经成为GR增强镁基复合材料的关注热点。然而，GR在镁基复合材料中的应用仍相对较少。目前，GR增强镁基复合材料的制备方法主要是传统的熔铸法和粉末冶金法。如专利《一种石墨烯增强镁基复合材料制备方法》(申请号：201910031951.8，公开号：CN109593985A，公开日：2019.04.09)公开了采用了真空吸铸法制备了以还原氧化石墨烯、硝酸镧、醋酸镍和镁合金为原料的石墨烯增强镁基复合材料，虽然能使石墨烯在基体中得以均匀分散，但是制备工艺繁琐。《一种石墨烯增强镁基复合材料的压铸制备方法》(申请号：201811547242.7，公开号：CN109371273A，公开日：2019.02.22)公开了一种半固态压铸制备石墨烯增强镁基复合材料的方法，使用熔铸法制备复合材料时，在熔铸过程中会出现材料的成分偏析、缩孔、疏松等缺陷，导致材料的性能较低。同时，由于GR与镁基体的密度存在差异，石墨烯很难在镁合金熔体中均匀分散；而且在高温状态下，GR很容易重新团聚或重构，削弱了GR自身的分散效果，并有可能失去GR的优点，恶化了复合材料的性能。采用普通烧结法制备的复合材料存在致密性差、界面结合较弱等问题，且产量低，难以实现大规模生产。尽管金属基复合材料已经发展了40余年，但是目前对镁基复合材料的复合机理、界面强化机理等基础研究而言还很不充分，其制备工艺还亟待改进和完善，增强相和基体本身的性能还需要进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种GR增强的镁合金基复合材料丝材，避免了GR出现的多层化和烧损问题，并解决单层石墨烯GR与镁合金晶粒界面问题，充分发挥GR对基体的增强作用，避免出现界面微裂纹。本专利技术的第二个目的是提供一种GR增强的镁合金基复合材料丝材的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种GR增强的镁合金基复合材料丝材，按重量百分比由以下原料组分组成：GR粉0.5-1.5％、余量为镁合金粉，以上各组分重量百分比之和为100％。本专利技术的特点还在于，GR粉为单层石墨烯干粉；镁合金粉为250-400目任意标准牌号为AZ系或ZK系的镁合金粉或稀土镁合金粉。本专利技术所采用的第二个技术方案是，一种GR增强的镁合金基复合材料丝材的制备方法，包括以下步骤：步骤1，高能球磨：按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉0.5-1.5％、余量为镁合金粉，以上各组分重量百分比之和为100％；将GR粉与镁合金粉置于70-100转/分的高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉25-36小时；步骤2，挤压成形：将步骤1球磨后的GR粉和镁合金粉分两步进行挤压成形，首先进行往复挤压，再通过普通正挤压后制成石墨烯增强的镁合金基复合材料丝材。本专利技术的特点还在于，步骤1中，GR粉为单层石墨烯干粉；所述镁合金粉为250-400目任意标准牌号为AZ系或ZK系的镁合金粉或稀土镁合金粉。步骤1中，球磨的球料比为：6:10。步骤1中使用的磨球为：直径为Φ12mm的磨球和胶囊磨球，磨球和胶囊磨球个数相同，磨球为氮化硼球。步骤2中，往复挤压物料时所用的往复挤压装置为：包括第一挤压桶，第一挤压桶的一侧依次设置有凹模及第二挤压桶，第一挤压桶、第二挤压桶和凹模外壁上共同套接有一个加热体；第一挤压桶内开有第一空腔，第二挤压桶内开有第二空腔；凹模由第一半凹模和第二半凹模组成，第一半凹模和第二半凹模合模后内部形成沙漏形凹模孔腔，第一空腔、凹模孔腔及第二空腔依次贯通共同形成挤压内腔；第一挤压桶的第一空腔内设置有第一挤压杆，第二挤压桶的第二空腔内设置有第二挤压杆。加热体为电阻加热圈。步骤2中，往复挤压过程具体为：将经步骤1球磨后的GR粉和镁合金粉置于由第一挤压桶、凹模和第二挤压桶依次连接所形成的挤压内腔中，并在第一挤压杆和第二挤压杆的作用下填充满挤压内腔，然后对加热体通电加热，使挤压过程在250℃～300℃的温度条件下进行，GR粉和镁合金粉作为物料在第一挤压杆和第二挤压杆来回往复运动的挤压作用下，使通过凹模处的物料被挤压变细，进入凹模两侧的第一挤压桶或第二挤压桶的部分物料又被压缩镦粗，如此往复挤压12道次。步骤2中，往复挤压时挤压比为10；普通正挤压的挤压温度为420℃。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术避免了现有采用铸造法、粉末冶金法存在的GR分散、团聚、重构和致密度等系列问题。尤其是避免了GR出现的多层化和烧损问题，并解决单层石墨烯GR与镁合金晶粒界面问题，充分发挥GR对基体的增强作用，避免出现界面微裂纹问题。这些充分发挥了GR增强的镁合金基复合材料的综合力学性能和物理化学性能。(2)本专利技术结合往复挤压(ReciprocatingExtrusion,简写RE)制备可控GR镁合金基复合材料，该复合材料同时兼具高强度特征和GR增强的高硬、高减磨特性等优点，并充分发挥RE的大塑性变形特点，使该镁基复合材料中GR在RE的挤压和镦粗变形过程中进一步流动、转动和破碎，使GR的分布更加均匀，GR与镁合金基体界面结合更加良好，并能保证该复合材料具有一定的伸长率。同时，获得的复合材料具有更高的刚度。(3)本专利技术的方法制备的GR增强的镁合金基复合材料，达到了抗拉强度≥260MPa，伸长率≥8％，密度≤2.0g/cm3，弹性模量达到48-55GPa左右，扩大了镁合金基复合材料的应用领域，尤其适应于一些特殊场合对高强韧、高减磨镁基复合材料的需求。附图说明图1为本专利技术一种GR增强的镁合金基复合材料丝材的制备方法中使用的往复挤压装置的结构示意图。图中，1.第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GR增强的镁合金基复合材料丝材，其特征在于，按重量百分比由以下原料组分组成：GR粉0.5-1.5％、余量为镁合金粉，以上各组分重量百分比之和为100％。/n

【技术特征摘要】
1.一种GR增强的镁合金基复合材料丝材，其特征在于，按重量百分比由以下原料组分组成：GR粉0.5-1.5％、余量为镁合金粉，以上各组分重量百分比之和为100％。


2.根据权利要求1所述的一种GR增强的镁合金基复合材料丝材，其特征在于，所述GR粉为单层石墨烯干粉；所述镁合金粉为250-400目任意标准牌号为AZ系或ZK系的镁合金粉或稀土镁合金粉。


3.一种GR增强的镁合金基复合材料丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，高能球磨：
按照重量百分比分别称取如下原料：GR粉0.5-1.5％、余量为镁合金粉，以上各组分重量百分比之和为100％；
将GR粉与镁合金粉置于70-100转/分的高能球磨机中在氩气保护下球磨混粉25-36小时；
步骤2，挤压成形：
将步骤1球磨后的GR粉和镁合金粉分两步进行挤压成形，首先进行往复挤压，再通过普通正挤压后制成石墨烯增强的镁合金基复合材料丝材。


4.根据权利要求3所述的一种GR增强的镁合金基复合材料丝材的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述GR粉为单层石墨烯干粉；所述镁合金粉为250-400目任意标准牌号为AZ系或ZK系的镁合金粉或稀土镁合金粉。


5.根据权利要求3所述的一种GR增强的镁合金基复合材料丝材的制备方法，其特征在于，步骤1中，球磨的球料比为：6:10。


6.根据权利要求3所述的一种GR增强的镁合金基复合材料丝材的制备方法，其特征在于，步骤1中使用的磨球为：直径为Φ12mm的磨球和胶囊磨球，磨球和胶囊磨球个数相同，磨球为氮化硼球。


7.根据权利要求3所述的一种GR增强的镁合金基复合材料丝材的制备方法，其特征在于，步骤2中，往复挤压物料时所用...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春杰，任国璐，孙蕾，李岩，武向权，郭灿，张忠明，曾凡宏，D·谢赫特曼，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61