一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法，其针对当前石墨烯复合铝基材料成型方法存在石墨烯分散效果差、很难直接成型形状复杂产品等问题，经杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒、高温压制、半固态熔炼、直接挤压铸造成型，制备出了石墨烯复合铝基材料铸件。此成型方法工艺先进，数据精确翔实，制备出的石墨烯复合铝基材料铸件内部组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，晶粒圆整、细小，石墨烯在基体中分散均匀，界面结合良好，铸件抗拉强度达366MPa，延伸率达5.3%，硬度达106HV，是先进的石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法。

A molding method of graphene composite aluminum matrix material casting

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法
本专利技术涉及一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法，属有色金属复合材料铸造成型

技术介绍
石墨烯具有优异的力学性能和独特的结构特点，将其加入铝合金基体中，可以起到载荷传递的作用；且石墨烯作为异质形核，可有效细化晶粒组织；同时石墨烯可以阻碍基体内部的位错运动，使位错围绕石墨烯集中分布，从而提高复合材料的屈服强度。因此，石墨烯的添加有望大幅度提高铝合金基体的力学性能。当前石墨烯复合铝基材料的制备方法主要有搅拌摩擦法、粉末冶金法、热压烧结法和熔体浸渗法等。搅拌摩擦法制备效率低、石墨烯分散效果差，且需经过多次搅拌摩擦加工，才能在局部区域获得铝基材料；粉末冶金法可实现石墨烯在基体中较为均匀的分散，但所制备的铝基材料内部存在较多的孔隙及裂纹，石墨烯与基体的结合性能差；热压烧结法可以制得致密度高的铝基材料，但制备过程复杂，设备成本高、能耗大；熔体浸渗法所制备的铝基材料中石墨烯易团聚，易生成脆性的碳化物，造成铝基材料力学性能下降。同时，以上方法可以制备得到石墨烯复合铝基材料，但是很难直接成型形状复杂的产品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法，其特征在于：/n使用的化学物质材料为：铝合金锭、石墨烯、聚乙烯醇、去离子水、无水乙醇、硅藻土脱模剂，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位/n铝合金锭：ZL101 固态块体 5000g±1g/n石墨烯 固态粉体 15g±0.1g/n聚乙烯醇：[C

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法，其特征在于：
使用的化学物质材料为：铝合金锭、石墨烯、聚乙烯醇、去离子水、无水乙醇、硅藻土脱模剂，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位
铝合金锭：ZL101固态块体5000g±1g
石墨烯固态粉体15g±0.1g
聚乙烯醇：[C2H4O]n固态粉体540g±10g
去离子水：H2O液态液体51000mL±500mL
无水乙醇：C2H5OH液态液体2000mL±100mL
硅藻土脱模剂液态液体115mL±5mL
制备方法如下：
1）杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒
①切制杆状铝合金颗粒
采用金属颗粒切制机将1000g铝合金锭切碎成长度为10mm±1.5mm、横截面等效直径为Φ0.85mm±0.15mm的杆状铝合金颗粒，备用；
②配制聚乙烯醇溶液
向混合颗粒制备室内的聚乙烯醇溶液箱中加入18000mL去离子水，开启并调节聚乙烯醇溶液箱中的第一温控器，使去离子水的温度保持在85℃，然后加入540g聚乙烯醇，保温0.5h后开启聚乙烯醇溶液箱下方的第一超声振动台进行振动搅拌，待聚乙烯醇完全溶解后，关闭第一超声振动台和第一温控器，制得聚乙烯醇溶液；
③配制石墨烯分散液
采用氧化还原法制得横向尺寸为8μm±2μm、氧含量为15.5at.%±2at.%的石墨烯；
向混合颗粒制备室内的石墨烯分散液箱中加入15000mL去离子水，然后加入15g石墨烯，开启石墨烯分散液箱下方的第三超声振动台进行振动搅拌，搅拌时间为40min，然后关闭第三超声振动台，制得石墨烯分散液；
④杆状铝合金颗粒表面处理
将杆状铝合金颗粒放入处理箱中，然后利用单轨吊车和吊钳将处理箱放入聚乙烯醇溶液箱中，使杆状铝合金颗粒全部浸泡在聚乙烯醇溶液中；
开启并调节第一温控器，使聚乙烯醇溶液的温度保持在60℃±2℃，保温15min后开启第一超声振动台进行恒温振动搅拌，搅拌时间为60min，然后关闭第一超声振动台和第一温控器；
⑤清洗杆状铝合金颗粒
向混合颗粒制备室内的去离子水箱中加入18000mL去离子水，然后利用单轨吊车和吊钳将处理箱从聚乙烯醇溶液箱中取出后放入去离子水箱中，使杆状铝合金颗粒全部浸泡在去离子水中；
开启并调节去离子水箱中的第二温控器，使去离子水的温度保持在60℃±2℃，然后开启去离子水箱下方的第二超声振动台进行振动清洗，清洗时间为10min，然后关闭第二超声振动台和第二温控器；
利用单轨吊车和吊钳将处理箱从去离子水箱中取出，放置在加热烘干器旁，然后开启加热烘干器对杆状铝合金颗粒进行烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为25min，然后关闭加热烘干器；
⑥制备混合颗粒
利用单轨吊车和吊钳将处理箱放入石墨烯分散液箱中，使杆状铝合金颗粒全部浸泡在石墨烯分散液中；
开启并调节石墨烯分散液箱中的第三温控器，使石墨烯分散液的温度保持在45℃±2℃，保温5min后开启第三超声振动台进行恒温振动搅拌，每搅拌15min，暂停搅拌10min，总计搅拌4次，然后关闭第三超声振动台和第三温控器，静置20min；
利用单轨吊车和吊钳将处理箱从石墨烯分散液箱中取出，然后将吸附了石墨烯的杆状铝合金颗粒放入恒温烘箱中进行烘干，烘干温度为70℃，烘干时间为45min，烘干后取出，制得混合颗粒；
2）高温压制
开启并调节压制模具上的第一加热器，第一加热器对压制模具的凹模和凸模进行预热，预热温度为410℃；
将混合颗粒放入压制模具的凹模中，然后将压制模具合模；合模完毕后进行恒温保压，保...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈利文，赵宇宏，景舰辉，李静怡，李沐奚，侯华，李利民，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14