石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机。制备方法包括：步骤S1，提供改性石墨烯，改性石墨烯包括石墨烯主体和附着在石墨烯主体表面的改性材料，改性材料为TiC、B

Graphene reinforced aluminum base material, its preparation method, aluminum alloy parts and compressors

【技术实现步骤摘要】
石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机
本专利技术涉及铝合金材料
，具体而言，涉及一种石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机。
技术介绍
空调涡旋压缩机是以压缩制冷剂起到制冷效果的压缩机，防自转十字滑环是空调涡旋压缩机防自转系统的主要部件。在空调涡旋压缩机工作过程中，涡旋压缩机的防自转机构是在满足动涡旋盘绕静涡旋盘中心公转的同时，十字滑环也需要进行高速往复运动，并防止了动涡旋盘的自转。防自转十字滑环一般包括两对从环形件上凸出的呈十字分别的键。第一对凸键配合在动涡旋盘的凹槽内，第二对键配合在静涡旋盘的槽内。尽管这种带四个键的十字联轴节可有效地防止动涡旋盘相对于静涡旋盘的自转运动，但正是由于这四个凸键的存在，特别是背压腔内的压力比较大的时候，十字联轴节的四个凸键在工作过程会受到很大的扭转力矩的作用，从而使十字联轴节扭转变形，这样也使键的接触面积减小，从而加速了键表面的磨损失效，更严重还会出现凸键断裂的情况，进而导致涡旋压缩机的噪音和振动的增大，压缩机的使用寿命缩短，因此要求制备十字滑环接触摩擦面具有自润滑的功能外，更要求使用的材料具有更高抗冲击强度和抗冲击韧性。公开号为CN106893901A的中国专利申请公开了一种铝合金材料、涡旋压缩机的十字滑环及其制备方法，根据其Si重量百分比为8％～15％可知，其材料属于铝硅系列合金，这种合金的耐磨性虽然很好，但其脆性较大，抗冲击强度和抗冲击韧性较弱。若压缩机在高频率下运转过程中，或是在突然启动、关停和升频的瞬时时间内，十字滑环的凸键很容易受到很大的冲击力矩，进而导致断裂。公开号为CN106498223A的中国专利申请公开了一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法，其主要是通过硅粉、石墨烯和硬脂酸进行球磨，真空烧结后得到石墨烯-碳化硅复合材料；再用该复合材料、高纯铝粉和硬脂酸进行球磨混合，进而得到了改性石墨烯-铝粉混合粉末；将该粉末与熔融铝液(或熔融铝合金液)进行混合后，再将其浇铸成型，就能得到改性石墨烯增强铝基复合材料的零部件。虽然Si粉改善了铝基体的润湿性，但其烧结形成的SiC颗粒与铝基体间润湿性较却未得到改善，因此该复合材料在高负荷工况下的自润滑性不能满足使用要求。授权公告号为CN208106765U的中国专利公开了一种十字滑环及涡旋压缩机，其主要是将十字滑环强度较低的凸键设计成凹槽结构，该凹槽结构在与动盘上的凸键及支架上的凸键配合，在一定程度上增强了十字滑环的抗冲击强度，增加了十字滑环的使用寿命。但这种十字滑环结构的上、下两个端面与动盘、支架的接触面积较大，致使摩擦磨损的几率也增大。授权公告号为CN207111417U的中国专利公开了用于涡旋压缩机的滑环和涡旋压缩机，其主要是在十字滑环的凸键与动盘或支架的接触面上设置有滚动键，将接触面上的滑动摩擦变为滚动摩擦，降低十字滑环凸键的磨损率。但这种滚动结构比较复杂，稳定性也比较差。授权公告号为CN208330725U的中国专利公开了压缩机及具有其的车辆，其主要是在十字滑环的凸键上都设置有磁铁，并在与这些凸键相对应动盘和支架的凹槽内设置有与凸键上磁铁磁极相反的磁铁，这样十字滑环上的凸键与动盘、支架的凹槽间就会处于磁悬浮的状态，极大的降低了十字滑环凸键的磨损率。但装配磁铁后，会致使十字滑环处于不平稳的状态，易发生倾斜等问题，进而导致十字滑环的上、下两个端面的磨损加剧，而且这种装配结构也会增加材料成本及十字滑环的重量。公开号为CN106481559A的中国专利申请公开了一种涡旋压缩机及其十字滑环，其主要是在十字滑环的上端面(动盘一侧)设置有滚珠结构或装配有平面滚珠轴承，这种装配结构设计在很大程度上降低了十字滑环与动盘接触的上端面的磨损率。但这种转配结构较不仅很复杂，而且滚珠一般为轴承钢材质，若直接与铝合金材质的十字滑环相互摩擦，滚珠槽的失效将会加剧；而装配平面滚珠轴承水能避免上述铝合金滚珠槽磨损加剧的问题，但同时也会增加生产成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机，以解决现有技术中的涡旋压缩机用十字滑环材质本身自润滑性能不够的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种石墨烯增强铝基材料的制备方法，制备方法包括：步骤S1，提供改性石墨烯，改性石墨烯包括石墨烯主体和附着在石墨烯主体表面的改性材料，改性材料为TiC、B4C、WC、ZrC和SiC中的一种或多种；步骤S2，将基体原料、增强剂与改性石墨烯混合后进行成型处理，得到石墨烯增强铝基材料，增强剂选自Cu、Mg、Zn中的一种或多种的合金、或碳纳米管。进一步地，上述改性石墨烯中，含有Ti时Ti元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有B时B元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有W时W元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Zr时Zr元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Si时Si元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1。进一步地，上述步骤S1包括：步骤S11，将石墨烯和改性剂在第一溶剂中进行第一次超声分散，得到第一初混物，改性剂为Ti粉、B粉、W粉、Zr粉和Si粉中的任意一种或多种，优选改性剂的平均粒径为5～30μm，优选石墨烯的粒径为5～15μm，优选第一溶剂为乙醇或去离子水，优选第一次超声分散的功率为0.2～2Kw；步骤S12，将第一初混物进行第一低温球磨混合，得到第一混合物，优选第一低温球磨的转速为200～400r/min、时间为3～5h，优选第一低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩；步骤S13，将第一混合物进行干燥，得到第一干混物；以及步骤S14，对第一干混物进行真空烧结，得到改性石墨烯，优选真空烧结的温度为1150～1250℃、时间为1～3h。进一步地，上述步骤S11包括：将石墨烯在第一溶剂中超声分散15～30min后，向第一溶剂中加入改性剂并继续进行超声分散15～60min，得到第一初混物。进一步地，上述步骤S2包括：步骤S21，将基体粉末与改性石墨烯混合，得到改性石墨烯-Al混合粉末，基体粉末为铝粉；步骤S22，将改性石墨烯-Al混合粉末、增强剂、表面改性剂和熔融基体金属液混合，得到混合液，表面改性剂为Ti、Zr和Cr组成的组中的一种或多种，且表面改性剂的粒径为20～60μm，熔融基体金属液为熔融铝液或熔融铝合金液，基体粉末和熔融基体金属液构成基体原料；步骤S23，将混合液进行浇铸，得到石墨烯增强铝基材料。进一步地，上述改性石墨烯与基体粉末的质量比为0.4～0.6：1，优选步骤S21包括：将基体粉末与改性石墨烯在第二溶剂中进行第二次超声分散，得到第二初混物，优选基体粉末的粒径为0.01～100μm，优选第二溶剂为乙醇或去离子水；优选第二次超声分散的超声功率为0.2～2Kw、时间为15～60min；将第二初混物进行第二低温球磨混合，得到第二混合物，优选第二低温球磨的转速为200～400r/min、时间为4～6h，优选第二低温球磨的低温保护介质为液氮或液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯增强铝基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：/n步骤S1，提供改性石墨烯，所述改性石墨烯包括石墨烯主体和附着在所述石墨烯主体表面的改性材料，所述改性材料为TiC、B

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯增强铝基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤S1，提供改性石墨烯，所述改性石墨烯包括石墨烯主体和附着在所述石墨烯主体表面的改性材料，所述改性材料为TiC、B4C、WC、ZrC和SiC中的一种或多种；
步骤S2，将基体原料、增强剂与所述改性石墨烯混合后进行成型处理，得到石墨烯增强铝基材料，所述增强剂选自Cu、Mg、Zn中的一种或多种的合金、或碳纳米管。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性石墨烯中，含有Ti时Ti元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有B时B元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有W时W元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Zr元素时Zr与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Si时Si元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S11，将所述石墨烯和改性剂在第一溶剂中进行第一次超声分散，得到第一初混物，所述改性剂为Ti粉、B粉、W粉、Zr粉和Si粉中的任意一种或多种，优选所述改性剂的平均粒径为5～30μm，优选所述石墨烯的粒径为5～15μm，优选所述第一溶剂为乙醇或去离子水，优选所述第一次超声分散的功率为0.2～2Kw；
步骤S12，将所述第一初混物进行第一低温球磨混合，得到第一混合物，优选所述第一低温球磨的转速为200～400r/min、时间为3～5h，优选所述第一低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩；
步骤S13，将所述第一混合物进行干燥，得到第一干混物；以及
步骤S14，对所述第一干混物进行真空烧结，得到所述改性石墨烯，优选所述真空烧结的温度为1150～1250℃、时间为1～3h，
优选所述步骤S11包括：
将所述石墨烯在所述第一溶剂中超声分散15～30min后，向所述第一溶剂中加入所述改性剂并继续进行超声分散15～60min，得到所述第一初混物。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，将基体粉末与所述改性石墨烯混合，得到改性石墨烯-Al混合粉末，所述基体粉末为铝粉；
步骤S22，将所述改性石墨烯-Al混合粉末、所述增强剂、表面改性剂和熔融基体金属液混合，得到混合液，所述表面改性剂为Ti、Zr和Cr组成的组中的一种或多种，且所述表面改性剂的粒径为20～60μm，所述熔融基体金属液为熔融铝液或熔融铝合金液，所述基体粉末和所述熔融基体金属液构成所述基体原料；
步骤S23，将所述混合液进行浇铸，得到石墨烯增强铝基材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述改性石墨烯与所述基体粉末的质量比为0.4～0.6：1，优选所述步骤S21包括：
将所述基体粉末与所述改性石墨烯在第二溶剂中进行第二次超声分散，得到第二初混物，优选所述基体粉末的粒径为0.01～100μm，优选所述第二溶剂为乙醇或去离子水；优选所述第二次超声分散的超声功率为0.2～2Kw、时间为15～60min；
将所述第二初混物进行第二低温球磨混合，得到第二混合物，优选所述第二低温球磨的转速为200～400r/min、时间为4～6h，优选所述第二低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩；
将所述第二混合物进行干燥，得到改性石墨烯-Al混合粉末。


6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合液中，所述改性石墨烯-Al混合粉末的质量百分含量为5～15％，所述增强剂的质量百分含量为0.5～3％，所述表面改性剂的质量百分含量为1～5％，所述熔融基体金属液的质量百分含量为77～93.5％，优选所述增强剂的平均粒径为0.01～30μm。


7.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21’，将所述增强剂、所述改性石墨烯与基体粉末混合，得到改性石墨烯-Al混合粉末，所述基体粉末为铝粉或铝合金粉，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李业林，徐嘉，史正良，陈晓晓，
申请(专利权)人：珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44