本发明专利技术涉及石墨烯增强铝合金技术领域，具体为一种高强高导热的石墨烯增强铝合金及其制备方法，包括以下工艺：取多层铝合金膜层叠加，在两层相邻铝合金膜层之间放置石墨烯膜层，置于高温炉中，在氩气气氛中，升温至690～710℃，保温18～30min，然后降温至440～460℃，升压至40～60MPa，保温保压1～3h，取出冷却，得到石墨烯增强铝合金。本发明专利技术将铝合金膜层与石墨烯膜层叠加复合，加热至铝合金熔化，使得铝合金熔体在石墨烯膜层表面铺展，促进二者间的界面结合。而后降温，外加电场处理，达到消除铝合金膜层表面氧化膜，促进铝合金熔体扩散，消除铝合金孔洞，填充石墨烯膜层孔隙，促进铝合金与石墨烯间完全界面结合的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯增强铝合金，具体为一种高强高导热的石墨烯增强铝合金及其制备方法。
技术介绍
1、铝合金具有密度低、导电、导热性能佳、耐腐蚀性能良好、强质比高等特点，被广泛应用于工业生产等多个领域。随着社会技术的进步，电子装置及其组件的微型化、高性能化发展，电子组件趋向在有限空间内以高效率的方式组合排列，提升其工作效率，但这会导致电子装置内温度的升高，对其正常使用产生负面影响。石墨烯具有良好的力学性能和导热性能，常与金属等复合，制备复合材料提高其性能。现有的石墨烯一般直接加入铝合金熔体中，但由于石墨烯与铝间的润湿性较差，易导致石墨烯与铝合金复合材料界面处结合性不佳的问题，从而影响了复合材料整体的力学性能和导热性能。因此，我们提出一种高强高导热的石墨烯增强铝合金及其制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高强高导热的石墨烯增强铝合金及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，包括以下工艺：
3、在多层铝合金膜层叠加，在两层相邻铝合金膜层之间放置石墨烯膜层，置于高温炉中，在氩气气氛中，升温至690～710℃，保温18～30min，然后降温至440～460℃，升压至40～60mpa，保温保压1～3h，取出冷却，得到石墨烯增强铝合金。
4、进一步的，降温的同时外加电场，工艺为：电流密度22～28a/cm2，施加电场11～13min。</p>5、进一步的，冷却后还需进行热处理，工艺为：115～125℃时效处理23～25h。
6、进一步的，所述铝合金膜层为7075铝合金，包括以下质量成分：铁:0.5%，铬:0.18～0.28%，镁:2.1～2.9%，钛:0.2%，锌:5.1～6.1%，锰:0.3%，硅:0.4%，铜:1.2～2.0%，余量为铝；厚度为0.1～0.5mm；
7、石墨烯膜层的厚度为0.01～0.05mm；
8、石墨烯增强铝合金的厚度为0.8～3.0mm。
9、在上述技术方案中，将铝合金膜层与石墨烯膜层叠加复合，加热至铝合金熔化，使得铝合金熔体在石墨烯膜层表面铺展，促进二者间的界面结合。相较于石墨烯在铝合金中的分散混合，铝合金膜层与石墨烯膜层的片层复合结构，使得所制石墨烯增强铝合金水平方向上的导热性能有着显著的提高。而后降温，降温的同时进行外加电场处理，通过电效应和热效应，达到消除铝合金膜层表面氧化膜（氧化铝和金属铝间的热膨胀系数差别，引起的压力破碎），促进铝合金熔体扩散，消除铝合金孔洞，填充石墨烯膜层孔隙，促进铝合金与石墨烯间完全界面结合的目的。随着温度降低至铝合金熔点以下，铝合金开始凝固，在压力影响下，铝合金发生蠕变，进一步消除铝合金自身及与石墨烯膜层间界面处的孔洞等缺陷；第二相析出，而电场的添加使得铝合金与石墨烯膜层间界面处产生较大热量，促进界面处第二相的溶解，减少界面处的第二相数量，缓解第二相对界面结合性能的影响，从而提高二者的连接强度；并使得第二相迁移、扩散，在铝合金中析出、细化，能够对铝合金的强韧性进行改善；同时能够细化铝合金的晶粒组织，进一步提高所制石墨烯增强铝合金的力学性能。降温至铝合金固溶温度以下进行热压，进一步消除石墨烯增强铝合金中的内部缺陷，提高其致密度和力学性能。通过消除界面缺陷，增强界面结合，改善了所制石墨烯增强铝合金在垂直方向上的导热性能。
10、进一步的，所述石墨烯膜层由以下工艺制得：
11、步骤1、取石墨烯、去离子水混合，超声分散2h；加入四硼酸钠，于55～65℃搅拌25～35min；加入十二烷基苯磺酸钠，于55～65℃搅拌25～35min；加入氨水，搅拌25～35min；过滤，保留石墨烯0.32～0.84%的水分，置于炉中平铺，并在炉中添加尿素，在氮气氛围保护下，升温至700～1300℃，保温3～4h；冷却，洗涤，干燥，得到膜层a；
12、步骤2、将得到的石墨烯膜层置于45～65℃的氟化锆钾（k2zrf6）溶液中，浸没60～120s，取出，干燥，得到石墨烯膜层。
13、进一步的，步骤1中的搅拌转速为2700～3200r/min；升温速率为5℃/min；
14、石墨烯、去离子水、氨水的比例为（5～10）g:1l:（50～100）ml；
15、石墨烯、四硼酸钠、十二烷基苯磺酸钠的质量比为10:（18～21）:（0.9～1.2）；
16、氨水的质量浓度为22～25%。
17、进一步的，步骤2中四硼酸钠、尿素的质量比为1:（0.82～0.86）；
18、氟化锆钾溶液的质量浓度为2～5%。
19、石墨烯：粒度5-10μm，纯度＞99.5wt%，电阻率4×10-4ohm/cm，厚度4-20nm，层数＜30，来源于长沙天久金属材料有限公司。
20、在上述技术方案中，石墨烯在水中分散性良好，其范德华力和静电斥力相互平衡；在其平铺于炉中后，随着温度的上升，石墨烯表面氨水和四硼酸钠开始发挥还原、交联作用，氨水中的氨基基团与石墨烯表面的羧基发生脱水缩合，修复石墨烯表面的共轭结构，使其晶间间距减小；四硼酸钠中的硼酸根离子与石墨烯表面的羟基发生脱水缩合，引入的共价键将交联结构增强，石墨烯相互组装，接触的地方发生连接，从而形成初始石墨烯膜层结构，使得石墨烯及所制石墨烯膜层的结构得到增强。继续升温，消除水分影响，未反应的四硼酸钠熔化，趋向沉积在石墨烯表面缺陷位点上，在氮气气氛下，与尿素接触进行烧结，生成氮化硼。氮化硼在石墨烯表面的均匀生长，一方面能够将石墨烯的缺陷钝化，提高石墨烯的耐腐蚀性能；将石墨烯表面孔隙填充，降低石墨烯比表面积，利于其导热性能的增强；并能够通过氮化硼的沉积将石墨烯进一步连接，利于石墨烯膜层的形成、结构的增强和水平导热性能的改善。另一方面，氮化硼在石墨烯表面的附着，具有高化学稳定性和润湿性，能够改善所制石墨烯膜层与铝合金间的润湿性，使其更不易在复合工艺中发生位置偏移的状况，利于石墨烯膜层与铝合金间的复合，能够改善所制石墨烯增强铝合金的强度，缓解石墨烯膜层与铝合金间的界面热阻，进一步改善其力学性能和垂直导热性能。石墨烯膜层表面的氟化锆钾（k2zrf6），能够溶解铝合金的氧化膜，促进铝合金在石墨烯膜层表面的润湿；与铝反应，生成金属间化学物（如al3zr），根据包晶理论，能够作为α-al的异质形核心，对初生α-al相进行细化，从而改善铝合金的强韧性，提高所制石墨烯增强铝合金的力学性能。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
22、1.本专利技术的高强高导热的石墨烯增强铝合金及其制备方法，通过将铝合金膜层与石墨烯膜层叠加复合，加热至铝合金熔化，使得铝合金熔体在石墨烯膜层表面铺展，促进二者间的界面结合。而后降温，降温的同时进行外加电场处理，通过电效应和热效应，达到消除铝合金膜层表面氧化膜（氧化铝和金属铝间的热膨胀系数差别，引起的压力破碎），促进本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下工艺：
2.根据权利要求1所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：在降温的同时外加电场，工艺为：电流密度22～28A/cm2，施加电场11～13min。
3.根据权利要求1所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：冷却后进行热处理，工艺为：115～125℃时效处理23～25h。
4.根据权利要求1所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金膜层为7075铝合金，厚度为0.1～0.5mm；
5.根据权利要求1所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：所述石墨烯增强铝合金的厚度为0.8～3.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：所述石墨烯膜层由以下工艺制得：
7.根据权利要求6所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的搅拌转速为2700～3200r/min；升温速率为5℃/min。
8.根据权利要求6所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤1中石墨烯、四硼酸钠、十二烷基苯磺酸钠的质量比为10:（18～21）:（0.9～1.2）。
9.根据权利要求6所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2中四硼酸钠、尿素的质量比为1:（0.82～0.86）。
10.根据权利要求1-9任一项所述制备方法制得的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金。
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【技术特征摘要】
1.一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下工艺：
2.根据权利要求1所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：在降温的同时外加电场，工艺为：电流密度22～28a/cm2，施加电场11～13min。
3.根据权利要求1所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：冷却后进行热处理，工艺为：115～125℃时效处理23～25h。
4.根据权利要求1所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金膜层为7075铝合金，厚度为0.1～0.5mm；
5.根据权利要求1所述的一种高强高导热的石墨烯增强铝合金的制备方法，其特征在于：所述石墨烯增强铝合金的厚度为0.8～3.0mm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李盾，王晓鍇，李健强，陈德安，
申请(专利权)人：上海嘉朗实业南通智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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