一种石墨烯增强铝合金的方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯增强铝合金的方法：本发明专利技术使用间歇球磨工艺减小球磨过程中石墨烯结构损伤和减缓石墨烯表面氧化铜与铝粉的反应，在熔铸条件下依靠石墨烯表面的氧化铜改善石墨烯与铝熔体的润湿性，使用超声振动分散氧化铜包覆石墨烯，利用铝与石墨烯表面氧化铜的原位反应让铜原子迁移进铝基体中，在石墨烯与铝之间形成过渡带，增强石墨烯与铝基体的界面结合，阻碍铝碳反应来保护石墨烯结构，通过

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯增强铝合金的方法


[0001]本专利技术属于金属材料制造
，具体涉及一种石墨烯增强铝合金的方法
。

技术介绍

[0002]铝基复合材料因具有重量轻
、
比强度高
、
导电导热性好
、
耐磨损等优点而受到重视，特别是现代工业发展对金属类产品高强度和轻量化的追求上升，这导致优秀性能铝基复合材料的需求量急剧增加
。
石墨烯自发现以来，表现出优秀的力学和功能特性，如超高的强度和杨氏模量等特性，因此石墨烯被广泛的研究并被认为是复合材料理想的增强相
。
然而，石墨烯增强铝基复合材料推广却受到石墨烯与铝熔体润湿性差
、
石墨烯在铝熔体中极易团聚和石墨烯与铝基体界面结合强度低三大问题的阻碍
。
[0003]在专利
CN115156505A
，名为“一种高取向石墨烯铝基复合材料的制备方法”中，通过将
SiC、
钨粉
、
石墨烯
、
石墨烯氧化物
、KCl、MgO
和
NH4HCO3混合球磨并进行铜溶液浸渗制备复合薄板，再将机械搅拌制备的铝
/
石墨烯溶液按一定方向浇铸进铺有薄板的铸模中得到石墨烯
/
铝复合材料
。
该工艺制备的石墨烯
/
铝复合材料导电导热性能高，但石墨烯易团聚，与铝熔体的润湿性差，因此在铝液中难以分散，制备的石墨烯
//>铝复合材料界面结合情况不可控
。
在专利
CN112281012B
，名为“一种镀铜石墨烯铝基复合材料及其制备方法”中，在石墨烯表面镀铜后使用磁力搅拌制备了镀铜石墨烯
/
铝复合粉体，通过对镀铜石墨烯
/
铝复合粉体放电等离子烧结得到了镀铜石墨烯铝基复合材料
。
该工艺能够实现石墨烯在铝基体中较均匀分散，但铜在铝基体中的固溶度较大，在制备过程中石墨烯表面的铜会扩散到铝基体中，导致镀铜石墨烯铝基复合材料中的石墨烯与铝基体直接接触，而石墨烯与铝基体界面结合强度低，石墨烯与铝的铝碳反应也会破坏石墨烯结构，因此该工艺制备的镀铜石墨烯铝基复合材料无法充分发挥石墨烯的强化效果
。
在专利
CN108359852B
，名为“一种石墨烯增强的高硅铝基复合材料及其制备方法”中，通过对一定比例的硅
、
铜
、
镁
、
钛
、
硼
、
石墨烯和铝混合粉末长时间球磨后热压烧结制备了坯料，再通过对坯料热处理后进行5至
10
次的锻造和退火处理得到了石墨烯增强高硅铝基复合材料
。
该工艺制备的石墨烯增强高硅铝基复合材料具有较高的硬度，但石墨烯与铝基体之间结合强度低，并且制备过程过于繁琐，粉末冶金工艺也无法制备具有复杂形状的零件，多道次的锻造也将降低成品的产出速度从而不适用于工业中大批量生产
。
[0004]有鉴于此，本专利技术旨在探索一种能较好解决以上问题的石墨烯增强铝合金制备技术
。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
中制备石墨烯增强铝基复合材料存在的问题，本专利技术提供了一种石墨烯增强铝合金的方法，主要包括使用氧化铜包覆石墨烯作为增强体，通过间歇球磨对氧化铜包覆石墨烯进行预分散的同时降低了石墨烯的结构损伤，在熔炼时引入超声振动，依靠原位反应在石墨烯与铝之间形成了过渡带，提升石墨烯
/
铝界面结合强度并阻碍铝碳反
应，保护石墨烯的结构，利用
T6
热处理让引入的铜元素以弥散相的形式均匀析出，进而提升复合材料的性能
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种石墨烯增强铝合金的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤
1、
向氧化石墨烯的乙醇分散液中加入五水硫酸铜
(CuSO4·
5H2O)
和十六烷基三甲基溴化铵
(C
16
H
33
(CH3)3NBr)
，混合液搅拌加热处理后抽滤
、
干燥得到前驱体，前驱体经焙烧得到氧化铜包覆石墨烯粉末；
[0009]步骤
2、
将步骤1所得氧化铜包覆石墨烯粉末与铝粉
、
硬脂酸混合球磨；
[0010]步骤
3、
将步骤2球磨所得混合粉末冷压成预制块；
[0011]步骤
4、
取铝合金加热熔化并除渣，向所得熔体中加入步骤3所得预制块同时超声处理，降温得到坯料；
[0012]步骤
5、
取步骤4所得坯料进行
T6
热处理，得到石墨烯增强铝合金复合材料
。
[0013]作为优选，步骤1中氧化石墨烯与五水硫酸铜的添加量之比按氧化铜占氧化铜包覆石墨烯粉末总质量
40
％
‑
60
％进行配比
。
[0014]作为优选，步骤1混合液搅拌加热处理的温度为
120℃
，还需调节
pH
值为
10
‑
11
；前驱体焙烧于氩气环境下进行，焙烧温度为
300
‑
400℃。
[0015]作为优选，步骤2中氧化铜包覆石墨烯粉末与硬脂酸的质量比为
2:1。
[0016]作为优选，步骤2所述混合球磨条件为：球磨转速
200
‑
300rpm
，球料比为8‑
10:1
；每球磨
30min
后停止静置5‑
10min
，球磨总时长2‑
4h。
[0017]作为优选，步骤3所述冷压的压力为
500MPa
，保压时间5‑
10min。
[0018]作为优选，步骤4所述超声处理的功率为
2.8kW、
频率为
20kHz。
[0019]作为优选，步骤4铝合金加热熔化温度为
760
‑
780℃
；降温得到坯料的温度为
730℃
，降温速度为3‑
6℃/min。
[0020]本专利技术主要原理为：
[0021]Cu(OH)2＝
CuO+H2O(1)
[0022]3CuO+2Al
＝
Al2O3+3Cu(2)
[0023]混合溶液中，氧化石墨烯表面的官能团吸附铜离子形成
Cu(OH)2，在一定温度下使用
C
16
H
33
(CH3)3NBr
对
Cu(OH)2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种石墨烯增强铝合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
向氧化石墨烯的乙醇分散液中加入五水硫酸铜和十六烷基三甲基溴化铵，混合液搅拌加热处理后抽滤
、
干燥得到前驱体，前驱体经焙烧得到氧化铜包覆石墨烯粉末；步骤
2、
将步骤1所得氧化铜包覆石墨烯粉末与铝粉
、
硬脂酸混合球磨；步骤
3、
将步骤2球磨所得混合粉末冷压成预制块；步骤
4、
取铝合金加热熔化并除渣，向所得熔体中加入步骤3所得预制块同时超声处理，降温得到坯料；步骤
5、
取步骤4所得坯料进行
T6
热处理，得到石墨烯增强铝合金复合材料
。2.
根据权利要求1所述石墨烯增强铝合金的方法，其特征在于，步骤1中氧化石墨烯与五水硫酸铜的添加量之比按氧化铜占氧化铜包覆石墨烯粉末总质量
40
％
‑
60
％进行配比
。3.
根据权利要求1所述石墨烯增强铝合金的方法，其特征在于，步骤1混合液搅拌加热处理的温度为
120℃
，还需调节
pH
值为
10
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫洪，黄兆威，刘智彬，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：