一种结构/屏蔽一体化镁基复合材料及其制备方法技术

一种结构/屏蔽一体化镁基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料技术领域。首先，将石墨烯或石墨烯衍生物进行表面改性，在其表面包覆一层可与镁熔体发生氧化还原反应的金属氧化物；其次，将表面改性后的石墨烯或石墨烯衍生物粉末加入到镁或镁合金熔体中，熔炼成镁基复合材料熔体；最后，将复合材料熔体浇铸成型后进行热变形，得到石墨烯或石墨烯衍生物定向排布的镁基复合材料。复合材料熔炼过程中，石墨烯或石墨烯衍生物的表面改性层与镁熔体原位反应生成氧化镁纳米颗粒。该原位纳米相在改善石墨烯与镁基体间界面结合力的同时，还会产生界面极化，从而实现镁基复合材料力学及电磁屏蔽性能的同步提升。磁屏蔽性能的同步提升。磁屏蔽性能的同步提升。

【技术实现步骤摘要】
一种结构/屏蔽一体化镁基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种结构/屏蔽一体化镁基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料开发

技术背景
[0002]随着电子工业的发展和电子设备的广泛应用，电磁辐射被认为是继水污染、噪音污染、空气污染的第4大公害。它造成的电磁干扰不仅影响人们的正常生活，而且日益威胁国家的军事安全，尤其是在软杀伤武器——电磁波突现的现代化战场上。当电磁波穿透军事设备的敏感器件时，能使对方雷达迷茫、无线电通讯指挥系统失效、导弹火炮等武器失控。这种破坏力极大的电磁武器可能成为未来战场上重要的作战手段，因此，研究高性能的电磁屏蔽材料以提高各种武器平台的防护能力是各国军事领域的一项重大课题。
[0003]目前，常用的电磁屏蔽材料有金属材料和高分子复合材料，如黄铜、铝、金、镍、不锈钢、钢化玻璃和石墨/石墨烯复合材料。金属类材料能够作为主要的电磁屏蔽材料是由于其具有良好的导电性(铜、铝、镍等)和较高的磁导率(坡莫合金、铁硅合金等)。然而金属铜、镍等材料密度大；铝的屏蔽效能不佳；铁、硅钢和坡莫合金等的电导率低，不适合高频电磁场的屏蔽，且(尤其是坡莫合金)磁性能受工作温度的影响极大；钢化玻璃和石墨/石墨烯复合材料塑性成型性能差，高分子复合材料有往往难以满足结构件对力学性能的要求。因此，发展一种低密度、电磁屏蔽效能优良且具备良好力学性能的结构、屏蔽一体化材料是十分必要的。
[0004]镁合金因其密度小和优良的全频电磁屏蔽效能被认为是最有潜力的金属基电磁屏蔽材料。然而，现在对镁合金电磁屏蔽性能的研究十分有限。石墨烯作为一种新型碳材料，具有独特的二维结构以及优异的物理化学性能，使得石墨烯基材料具有柔性好、质量轻、耐腐蚀性强以及高效的电磁屏蔽效能。近年来，随着石墨烯的发现和合成方法的进步，新型石墨烯电磁屏蔽材料不断地现，成为电磁屏蔽
中的一个研究热点，给电磁屏蔽材料的研究和发展带来了新的契机。将高效电磁屏蔽效能的石墨烯(或石墨烯衍生物)与轻质镁相结合，研究开发结构/屏蔽一体化镁基复合材料具有十分广阔的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是通过复合化的手段在提高材料力学性能的同时，提高材料的电磁屏蔽性能，从而开发出一种结构/屏蔽一体化镁基复合材料。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种结构/屏蔽一体化镁基复合材料的制备方法，包括石墨烯的表面改性、搅拌铸造和热变形三部分，具体步骤如下：
[0008]第一步，以商用石墨烯(或石墨烯衍生物)，镁或镁合金为原料，将石墨烯(或石墨烯衍生物)通过表面改性工艺，在其表面包覆一层可与镁熔体发生氧化还原反应的金属氧化物。具体的：
[0009]将石墨烯(或石墨烯衍生物)、金属盐溶液、盐酸混合后超声10
‑
60min，然后过滤、干燥得到包覆金属氧化物的石墨烯粉末。所述的石墨烯(或石墨烯衍生物)、盐酸与金属盐溶液的质量比为1:1
‑
1.5:1000
‑
1500，其中金属盐溶液的浓度为1
‑
5wt.％。
[0010]第二步，将表面改性的石墨烯(或石墨烯衍生物)加入镁或镁合金熔体中机械搅拌，具体的：
[0011]将第一步表面改性后的石墨烯(或石墨烯衍生物)加入镁或镁合金熔体中，机械搅拌均匀后，浇铸成镁基复合材料铸坯。即在镁或镁合金熔化时加入表面改性后的石墨烯(或石墨烯衍生物)，所得镁基复合材料中石墨烯的含量为0.1
‑
0.5wt.％。
[0012]第三步，将镁基复合材料铸坯浇铸成型后进行热变形加工得到石墨烯(或石墨烯衍生物)定向分布的复合材料，具体的：
[0013]将表面改性的石墨烯(或石墨烯衍生物)加入镁熔体中机械搅拌后得到的镁基复合材料直接进行热变形加工，镁基复合材料熔炼过程中，石墨烯(或石墨烯衍生物)的表面改性层与镁熔体原位反应生成氧化镁纳米颗粒，且在热变形过程中在流变应力的作用下石墨烯(或石墨烯衍生物)在镁基体中会趋于定向排布，进而得到石墨烯(或石墨烯衍生物)定向排布的镁基复合材料板材。
[0014]或将表面改性的石墨烯(或石墨烯衍生物)加入镁合金熔体中机械搅拌得到的镁基复合材料先进行均质化处理后，再进行热变形加工，复合材料熔炼过程中，石墨烯(或石墨烯衍生物)的表面改性层与镁合金熔体原位反应生成氧化镁纳米颗粒，且在热变形过程中在流变应力的作用下石墨烯(或石墨烯衍生物)在镁合金基体中会趋于定向排布，进而得到石墨烯(或石墨烯衍生物)定向排布的镁基复合材料板材。
[0015]进一步的，所述的石墨烯可替换为石墨烯衍生物，所述的石墨烯衍生物包括：氧化石墨烯(GO)，石墨烯纳米片(GNP)，还原的氧化石墨烯(RGO)。
[0016]进一步的，所述的金属盐溶液包括SnCl2盐溶液、三氯化铁溶液、硫酸镍、硝酸铜、硝酸铝等。对应包覆的金属氧化物分别为：SnO2、Fe2O3、NiO、CuO、Al2O3等。
[0017]进一步的，所述的均质化处理的工艺参数参照基体镁合金的热处理工艺。具体为：将镁基复合材料铸坯参照具体合金在200
‑
600℃均匀化处理10～50h。
[0018]进一步的，所述的热变形加工工艺包括热轧或热挤压。具体的热变形温度为100
‑
500℃。
[0019]一种结构/屏蔽一体化镁基复合材料，该复合材料由上述方法制备得到的复合材料板材。
[0020]本专利技术的效果和益处为：
[0021](1)本专利技术中石墨烯(或石墨烯衍生物)具有优良的力学性能，将其与镁合金复合可以进一步提高镁合金的力学性能。
[0022](2)本专利技术中对石墨烯(或石墨烯衍生物)进行了表面改性，在石墨烯(或石墨烯衍生物)的表面包覆一层可与镁熔体发生氧化还原反应的金属氧化物，这使得在熔炼过程中会在石墨烯和镁合金界面处原位生成氧化镁纳米颗粒，氧化镁纳米颗粒的生成改善了石墨烯(或石墨烯衍生物)与镁基体的界面结合从而进一步优化了复合材料的力学性能。
[0023](3)通过热变形使得石墨烯(或石墨烯衍生物)在镁合金基体中定向排布，石墨烯(或石墨烯衍生物)巨大的比表面积会提高电磁波在复合材料内部的多级反射，从而提高镁
合金的电磁屏蔽性能。此外石墨烯(或石墨烯衍生物)与镁界面处的氧化镁纳米颗粒会发生界面极化，从而进一步改善复合材料的电磁屏蔽性能。
附图说明
[0024]图1为是实施例1中表面改性的氧化石墨烯增强AZ31(GO
‑
SnO2/AZ31)复合材料及AZ31的电磁屏蔽性能图；
[0025]图2为实施例2中表面改性的石墨烯纳米片增强纯镁(GNP
‑
Fe2O3/Mg)复合材料及纯镁的电磁屏蔽性能图；
[0026]图3为实施例3中表面改性的还原氧化石墨烯增强AZ31(RGO
‑
Al2O3/AZ31)复合材料及AZ31的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构/屏蔽一体化镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括石墨烯(或石墨烯衍生物)的表面改性、搅拌铸造和热变形三部分，包括以下步骤：第一步，通过表面改性工艺，在石墨烯(或石墨烯衍生物)表面包覆一层可与镁熔体发生氧化还原反应的金属氧化物；第二步，将表面改性的石墨烯(或石墨烯衍生物)加入镁或镁合金熔体中，机械搅拌均匀后，浇铸成镁基复合材料铸坯，其中石墨烯(或石墨烯衍生物)的含量为0.1
‑
0.5wt.％；第三步，将镁基复合材料铸坯热变形成复合材料型材，具体的：镁基复合材料铸坯均质化处理后，再进行热变形加工，得到石墨烯(或石墨烯衍生物)定向排布的镁基复合材料型材。2.根据权利要求1所述的一种结构/屏蔽一体化镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的第一步为：将石墨烯或石墨烯衍生物、金属盐溶液、盐酸混合后，超声处理10
‑
60min，过滤、干燥得到包覆金属氧化物的石墨烯(或石墨烯衍生物)粉末；所述的石墨烯或石墨烯衍生物、盐酸、金属盐溶液的质量比为1∶1
‑
1.5∶1...

【专利技术属性】
技术研发人员：房灿峰，徐尊严，王蓉，羌建兵，王英敏，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：