一种碳源增强剂、碳源增强合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳源增强剂、碳源增强合金及其制备方法。本发明专利技术中的碳源增强剂原料包括合金核和活性组分；所述活性组分包括粘接剂和碳源；所述粘结剂至少包含含硅无机粘接剂；所述碳源为石墨烯或/和碳纤维；所述合金核至少包含A、B两种成分，A为硅，B为金属元素。本发明专利技术具有能有效将碳纤维或石墨烯均匀分散到熔融状态的待增强合金中，进而提高合金性能，扩大能够添加石墨烯或/和碳纤维的合金铸造工艺范围。范围。范围。

The invention relates to a carbon source reinforcing agent, a carbon source reinforcing alloy and a preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种碳源增强剂、碳源增强合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金领域，具体涉及一种合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]合金是由两种或两种以上的金属元素，或以金属为基添加其他非金属元素，然后通过合金化工艺(熔炼、机械合金化、烧结、气相沉积等等)而形成的具有金属特性的金属材料。由于在合金材料中存在有多种元素，融合了不同元素的特性，从而扩大了合金材料的性能和使用范围，如铜合金、铝合金、钛合金、锌合金等。而对于不同的合金材料而言，不同合金具有不同的性能，如铜铝合金具有较低的热膨胀系数、较高导热率、耐高温、较高的抵抗磨损性能、抗拉强度、屈服强度等，因此可以用来制作弹簧、电子设备的金属器件、五金器材、医疗设备等，但其却存在抗拉强度和冲击韧性较差的问题。
[0003]为了克服合金存在的抗拉强度和冲击韧性较差的问题，现有技术中公开了在合金中添加碳纤维或石墨烯以提高合金的抗拉强度和冲击韧性的方式，但是由于碳纤维和石墨烯在熔融态合金中的润湿性较低，因此，在合金中添加碳纤维或石墨烯，并且使碳纤维或石墨烯能够在熔融态合金中均匀分散十分困难。
[0004]为了能达到碳纤维或石墨烯均匀分散在合金中的目的，通常做法是改变制备工艺，采用不需要金属完全熔融的合金铸造工艺。如中国专利文献CN08396168A，其公开了使用有机亲水改性剂对铝合金粉末进行改性，然后再与石墨烯混合，最后再加热至半固态后进行挤压加工，进而得到石墨烯与合金均匀相融的目的。又如CN108060321A中，采用压铸方法，该方法先要制备铝合金颗粒，然后再在铝合金颗粒中加入碳纤维或石墨烯，最后再通过半固态浆料挤压铸造实现碳纤维或石墨烯增强合金的制备。
[0005]上述两种方法在一定程度上通过将碳纤维或石墨烯直接分散于合金内解决了合金中普遍存在的抗拉强度和冲击韧性较差的问题，但是无论是上述改性的方式还是压铸的方式，为了达到石墨烯与合金均匀分散且相融的目的，在合金中添加碳纤维或石墨烯后，都需要处于固液共存状态，导致碳纤维或石墨烯的添加仅仅只适用于压力铸造和连续铸造中，在砂型铸造和金属铸造中无法使用，极大地限制了合金的铸造工艺。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种能够在熔融液态金属液中和更多的合金铸造工艺中进行石墨烯或碳纤维有效添加的碳源增强剂，并提供添加了碳源增强剂的碳源增强合金，以及相应的制备方法。
[0007]一种碳源增强剂，原料包括合金核和活性组分；
[0008]所述活性组分包括粘接剂和碳源；所述粘结剂至少包含含硅无机粘接剂；所述碳源为石墨烯或/和碳纤维；
[0009]所述合金核至少包含A、B两种成分，A为硅，B为密度大于硅的金属元素。
[0010]本专利技术的合金核中还包括C成分，C为待增强合金中的任意一种主金属元素，且B与
C的密度不同。该主金属元素指在合金中组成含量大于10％的金属元素。
[0011]所述B为铜，C为铝，合金核的密度为3～5g/cm3。
[0012]本专利技术中石墨烯根据层数不同的密度在0.77～1.2g/cm3之间，碳纤维的密度约为1.8g/cm3。
[0013]所述粘结剂还包括有机粘接剂。
[0014]所述有机粘接剂为糖、树脂中的一种或多种；其中，所述糖包括白糖、葡萄糖、糖稀中的一种或多种；所述树脂包括PVDF或其他的种类的树脂。
[0015]所述含硅无机粘接剂为大孔硅胶、粗孔硅胶、B型硅胶、细孔硅胶中的一种或多种。
[0016]所述合金核的粒径小于30μm。
[0017]一种碳源增强合金，包括待增强合金和上述的碳源增强剂，所述待增强合金中至少包括C成分；
[0018]所述碳源增强剂的密度不低于待增强合金的密度。
[0019]所述碳源增强剂的密度比待增强合金密度至少大0.1g/cm3；优选的，所述碳源增强剂的密度比待增强合金密度大0.1～1g/cm3，更为优选的，所述碳源增强剂的密度比待增强合金密度大0.5～1g/cm3。
[0020]所述碳源增强剂中合金核密度至少比待增强合金密度大1g/cm3。
[0021]所述待增强合金中还包括B成分和/或A成分。
[0022]碳源增强剂的制备工艺，包括：将合金核、活性组分与溶剂进行研磨混合处理，获得浆料；在550～650℃下，对浆料进行干燥处理即可。
[0023]所述合金核的制备过程为：将合金核的原料加入中频炉熔炼，再进行水雾化先得到粒径小于75μm的合金核，再将合金核、活性组分与溶剂进行砂磨混合处理和干燥处理，最终得到合金核小于30μm的碳源增强剂。
[0024]所述干燥时间为3～5h。所述溶剂为乙醇；乙醇的浓度为5v％。
[0025]所述研磨优选采用砂磨，砂磨转速为1500～5000r/min，研磨时间为0.5～2h。
[0026]一种碳源增强合金的制备工艺，包括如下步骤：
[0027]在待增强合金的制备过程中，直接将碳源增强剂添加到待增强合金的原料粉末或合金溶液中。
[0028]碳源增强剂通过喷射、搅拌或钟罩压入的方式添加到合金溶液中。
[0029]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0030]1.本专利技术提供了一种碳源增强剂，首次利用重力的作用将碳源添加到熔融态的待增强合金中增加其强度和韧性。具体的，本专利技术首次采用了合金核的方式负载石墨烯或/和碳纤维形成碳源增强剂，将该碳源增强剂添加到熔融态的待增强合金中后，可以有效增加待增强合金的强度和韧性。该合金核至少包括A、B两种成分；其中，A成分设置为硅，进而形成含硅的合金核，由于碳源增强剂在使用过程中添加到待增强合金中时，待增强合金处于熔融态，温度较高，因此，本专利技术通过采用含硅的合金核与含硅的无机粘接剂配合，可以有效且简单的将石墨烯或/和碳纤维固定在合金核上，不仅仅可以增加石墨烯或/和碳纤维与合金核之间的结合力，还能够有效避免高温导致的石墨烯或/和碳纤维与合金核之间的脱附，实现了熔融状态下石墨烯或/和碳纤维的均匀添加；B为金属，其密度较大，因此可以形成密度较大的合金核，进而通过合金核的重力作用将负载的石墨烯或/和碳纤维添加到熔
融态的待增强合金中，有效解决了石墨烯或/和碳纤维在熔融态合金中分散性不佳的问题，可以在任意的合金铸造工艺中实现石墨烯或/和碳纤维的添加，应用范围更加广泛。具体的，本专利技术中该碳源增强剂的使用方式可以与铸造过程中的球化剂或孕育剂等使用方法相同，既可以喷射加入到合金溶液中，也可以搅拌加入到合金溶液中，还可以钟罩压入的方式添加到合金溶液中，加入方式多样，因此，本专利技术的碳源增强剂适用于各种铸造方法，不再仅限于半固态铸造、压力铸造或连续铸造，在砂型铸造和金属型铸造中均可以达到添加碳源且能使碳源达到均匀分散的目的，使用范围更加广泛、操作更加方便。
[0031]2、本专利技术进一步优化了合金核的组成，该合金核中同时包括A、B和C三种成分，A为硅，B和C为不同密度的金属元素。A为硅的设置可以有效与含硅的无机粘接剂配合，简单且有效的将石墨烯或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳源增强剂，其特征在于，原料包括合金核和活性组分；所述活性组分包括粘接剂和碳源；所述粘结剂至少包含含硅无机粘接剂；所述碳源为石墨烯或/和碳纤维；所述合金核至少包含A、B两种成分，A为硅，B为密度大于硅的金属元素。2.根据权利要求1所述的碳源增强剂，其特征在于，所述合金核还包括C成分，C为金属元素，且B与C的密度不同。3.根据权利要求2所述的碳源增强剂，其特征在于，所述B为铜，C为铝，合金核的密度为3～5g/cm3。4.根据权利要求1～3任一项所述的碳源增强剂，其特征在于，所述粘结剂还包括有机粘接剂。5.根据权利要求4所述的碳源增强剂，其特征在于，所述有机粘接剂为糖和树脂中的一种或多种。6.根据权利要求1～5任一项所述的碳源增强剂，其特征在于，所述含硅无机粘接剂为大孔硅胶、粗孔硅胶、B型硅胶、细孔硅胶中的一种或多种。7.根据权利要求1～6任一项所述的碳源增强剂，其特征在于，所述合金核的粒径小于30μm。8.一种碳源增强合金，其特征在于，包括：待增强合金，至少包括C成分；权利要求1～7任一项所述的碳源增强剂；碳源增强剂中的B采用密度大于待增强合金的金属元素；所述碳源增强剂的密度不低于待增强合金的密度。9.根据权利要求1～8任一项所述的碳源增强合金，其特征在于，所述碳源增强剂的密度比待增强...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忆恩，
申请(专利权)人：山西沃特海默新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：