【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料，具体涉及一种石墨烯铝基合金材料及其制备方法。
技术介绍
1、石墨烯是近年被发现的一种sp2杂化碳原子密堆构成的新型二维平面纳米材料，拥有巨大的比表面积(达2630m2/克)、超高的载流子迁移率(15000-25000cm2/vs)、热导率(4840-5300w/mk)、杨氏模量(1000gpa)和断裂强度(130gpa)以及约等于0的禁带宽度，表现出优异的电学、热学和力学性能，使之成为金属基纳米复合材料最为理想的增强体之一。
2、铝合金具有低密度、高强度和良好的延展性，在航空航天等领域得到了广泛应用。作为结构材料，提高强度一直是铝合金研究的主要方向。目前，通过调整铝合金成分、优化热机械变形加工和热处理等传统熔铸冶金方法在提高铝合金性能方面遇到了瓶颈。利用石墨烯作为增强体制备高性能铝基复合材料成为当前高性能铝合金研究的重要方向。
3、专利文献cn111101172a公开了一种石墨烯铝复合材料及其制备方法，首先制备石墨烯气溶胶阴极，采用石墨烯气凝胶作阴极，金属铝作阳极，阴阳极置于熔融电解盐中(电解盐由不同配比的氯化钠、氯化钾和氯化铝组成)，在250ma-350ma电解电流下进行电解得到石墨烯铝复合材料。
4、专利文献cn105112699a公开了一种石墨烯/铝合金复合材料的制备方法，包括机械混粉、低温液氮球磨、真空包套封装、热等静压烧结制备坯料、坯料的热挤压成型。
5、专利文献cn109112367b公开了一种石墨烯增强al-si-mg铸造铝合金及其制备方法，该
6、专利文献cn105081310a、cn104630528a和cn102329976a都提出了用氧化石墨烯溶液修饰金属粉末表面制备石墨烯-金属复合粉的方法，较好地解决了石墨烯在金属基体中的均匀弥散分布问题。
7、但是，前述文献中存在下述问题中的一个或多个：石墨烯气溶胶的制备成本高且耗能，同时电解nacl等会产生污染性的氯气等；石墨烯分布不均匀；原料必须用铝颗粒；铝合金熔体与石墨烯间的密度相差较大，铝合金熔炼过程中出现石墨烯漂浮在铝合金熔体表面，进而导致铝合金制备过程中石墨烯的损耗和分布不均匀；和/或石墨烯片阻碍铝原子的扩散迁移和碳材料的反应活性不高亦会恶化铝合金粉末的烧结性能降低其致密化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种石墨烯铝基合金材料及其制备方法，具有质轻高强、兼备导电、导热、耐磨、减振等功能特性，显著降低复合材料热膨胀系数，提高热导率，并显著降低摩擦磨损系数。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、本专利技术提供一种石墨烯铝基合金材料的制备方法，包括以下步骤：
4、s1.w/cu氧化物改性氧化石墨烯的制备：向氧化石墨烯水分散液中加入钨酸钠、铜盐和碱，搅拌混合均匀，喷雾干燥，洗涤，再次干燥，煅烧，球磨，制得w/cu氧化物改性氧化石墨烯；
5、s2.w/cu氧化物改性石墨烯的制备：将步骤s1制得的w/cu氧化物改性氧化石墨烯在水合肼蒸汽中还原，制得w/cu氧化物改性石墨烯；
6、s3.w/cu改性石墨烯的制备：将步骤s2制得的w/cu氧化物改性石墨烯经过低温氢气还原，制得w/cu改性石墨烯；
7、s4.石墨烯铝基合金材料的制备：将基体原料、步骤s3制得的w/cu改性石墨烯混合后进行成型处理，制得石墨烯铝基合金材料。
8、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的至少一种；所述碱选自naoh、koh中的至少一种。
9、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中所述氧化石墨烯水分散液、钨酸钠、铜盐和碱的质量比为100:0.2-0.3:0.1-0.2:0.5-1，所述氧化石墨烯水分散液的浓度为0.5-1g/l。
10、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中所述喷雾干燥的条件为进风温度为80-100℃，出风温度为30-80℃，蒸发水量为1500-2000ml/h。
11、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中所述煅烧的温度为400-500℃，时间为2-4h，所述球磨为1-3h。
12、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中所述还原的时间为10-12h，所述水合肼蒸汽的浓度为20-30g/l。
13、作为本专利技术的进一步改进，步骤s3中所述低温氢气还原采用强排水透气式管式炉在650-750℃通入氢气还原2-4h，氢气通气量为17-22l/min。
14、作为本专利技术的进一步改进，步骤s4中所述基体原料为铝合金中铝含量为99-99.6％，铁含量为0.001-0.4％，锰含量为0.0001-0.05％，钛含量为0.0001-0.03％，铜含量为0.0001-0.05％，锡含量为0.0001-0.05％，锑含量为0.0001-0.05％，硅含量为0.01-0.02％，其他的杂质含量0.01-0.1％。
15、作为本专利技术的进一步改进，步骤s4中所述混合为加热至600-700℃进行混合均匀，所述成型处理的方法为热挤压处理，挤压温度为400-500℃、挤压比为8-12。
16、本专利技术进一步保护一种上述的制备方法制得的石墨烯铝基合金材料。
17、本专利技术具有如下有益效果：
18、石墨烯直接添加如铝合金中，常会因为石墨烯分散性差，容易出现团聚现象，反而降低了复合材料的性能；同时，石墨烯铝基复合材料界面反应难以控制，容易形成al4c3，破坏复合材料的性能；石墨材料与铝及其合金的润湿性一般较差，不易形成较强的界面结合。
19、本专利技术制备了一种w/cu改性石墨烯，通过在氧化石墨烯阶段，掺入铜和钨氧化物，提高了石墨烯与铝金属熔体间的润湿性，同时，还原后制得的w/cu改性石墨烯表层的钨可以改善复合界面结合、抑制al4c3相生成，不仅如此，通过喷雾干燥后制得的w/cu氧化物改性氧化石墨烯带有褶皱的结构，有效降低石墨烯在铝合金基体中的堆叠，避免石墨烯片层之间的有序结构引起的团聚，实现均匀分散，从而充分发挥石墨烯的优异性能。
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1.一种石墨烯铝基合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的至少一种；所述碱选自NaOH、KOH中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述氧化石墨烯水分散液、钨酸钠、铜盐和碱的质量比为100:0.2-0.3:0.1-0.2:0.5-1，所述氧化石墨烯水分散液的浓度为0.5-1g/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述喷雾干燥的条件为进风温度为80-100℃，出风温度为30-80℃，蒸发水量为1500-2000mL/h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述煅烧的温度为400-500℃，时间为2-4h，所述球磨为1-3h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述还原的时间为10-12h，所述水合肼蒸汽的浓度为20-30g/L。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述低温氢气还原采用强排
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述基体原料为铝合金中铝含量为99-99.6％，铁含量为0.001-0.4％，锰含量为0.0001-0.05％，钛含量为0.0001-0.03％，铜含量为0.0001-0.05％，锡含量为0.0001-0.05％，锑含量为0.0001-0.05％，硅含量为0.01-0.02％，其他的元素含量0.01-0.1％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述混合为加热至600-700℃进行混合均匀，所述成型处理的方法为热挤压处理，挤压温度为400-500℃、挤压比为8-12。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的石墨烯铝基合金材料。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯铝基合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的至少一种；所述碱选自naoh、koh中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述氧化石墨烯水分散液、钨酸钠、铜盐和碱的质量比为100:0.2-0.3:0.1-0.2:0.5-1，所述氧化石墨烯水分散液的浓度为0.5-1g/l。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述喷雾干燥的条件为进风温度为80-100℃，出风温度为30-80℃，蒸发水量为1500-2000ml/h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述煅烧的温度为400-500℃，时间为2-4h，所述球磨为1-3h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述还原的时间为10-12h，所述水合肼蒸...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙福伟，孙清友，
申请(专利权)人：江苏清大际光新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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