【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有原位纳米-微米异构界面的石墨烯/镁基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料制备。
技术介绍
1、镁作为最轻的结构金属，密度仅为1.74g cm-3，约为al的2/3。镁合金具有比强度、比刚度高，阻尼系数和尺寸稳定性良好，电磁屏蔽能力强且易于回收等优点，在航空航天领域、汽车工业、国防工业和3c产品领域有着广阔的应用前景，被称为“21世纪的绿色工程材料”。然而，受限于镁本身的hcp结构，镁合金的室温塑性差，并且绝对强度偏低，这些缺点成为制约镁合金工业化应用的重要因素。
2、石墨烯是由单层sp2杂化的碳原子紧密堆积成的蜂窝状晶格的二维纳米材料，该独特结构赋予了石墨烯优异的力学性能，其弹性模量可达1tpa，拉伸强度可达125gpa。此外，石墨烯具有超高的增强效率，只需要添加极少量就能极大地提高材料的综合力学性能，且石墨烯与镁基体之间具有良好的化学相容性，同时兼顾镁合金基体的轻量化特性，由此，石墨烯被视为镁基复合材料的理想增强体。近年来，关于如何获得具有优异综合力学性能的镁基复合材料已成为材料领域的研究热点；然而，目前石墨烯在镁基复合材料中的增强潜力仍未得到充分开发，其中的关键问题之一就是石墨烯与镁基体之间润湿性差，导致界面结合强度低，使得石墨烯在镁基复合材料中难以发挥有效的载荷传递作用。
技术实现思路
1、本专利技术的技术目的是为了解决现有复合材料中石墨烯与镁基体润湿性差、界面结合强度低的问题，提供一种具有原位微米-纳米异构界面的石墨烯/镁基复合材料及其
2、为实现上述目的，本专利技术的具体步骤及优选工艺条件如下：
3、将氧化石墨烯在马弗炉中进行快速热退火，退火温度为600-1000℃，退火时间为0.25-30min；随后，将刻蚀剂(koh或naoh)与退火后石墨烯以1:1-20:1的质量比混合，将所得粉末在通入氩气的管式炉内加热，加热温度为450-850℃，加热时间为1-5h；待冷却后，先后使用稀盐酸、去离子水反复洗涤至中性，干燥后即得到表面具有纳米孔结构特征的石墨烯。
4、将所得石墨烯(含氧量为5-30at.％，微孔比表面积为330-700m2 g-1，纳米孔径为1-35nm)与镁合金粉末(az系、zk系或纯镁粉)以质量比为1:(150-350)加入到适量无水乙醇中进行超声分散，随后进行机械搅拌，混合溶液经过干燥后得到复合粉末；将所得复合粉末预热至220-380℃，保温15-35min后，在500-800mpa压力下将其压制成圆柱胚体，随后该胚体在氩气保护下以400-600℃温度烧结30-120min；将烧结后的圆柱胚体进行热挤压，热挤压温度为290-380℃，挤压比为8:1-25:1，最终得到具有原位纳米-微米异构界面的石墨烯/镁基复合材料。
5、所得复合材料可原位形成纳米-微米异构界面(原位生成的关于镁元素的纳米颗粒与镁合金基体中微米晶粒之间组成纳米-微米异构界面)，尤其是具有原位纳米-微米异构界面结构的石墨烯增强镁基复合材料，其界面处原位生成的纳米颗粒(界面关系)可为mgo纳米颗粒(与镁基体呈半共格界面关系)、mg纳米颗粒(与镁基体呈共格界面关系)及mg非晶结构(与镁基体呈非共格界面关系)中的任意两种或三种；复合材料的屈服强度为170-270mpa，抗拉强度为280-360mpa，延伸率为15-39％。
6、本专利技术提供的具有原位纳米-微米异构界面的石墨烯/镁基复合材料具有显著的优点：
7、本专利技术采用化学刻蚀方法对石墨烯进行表面改性，制备了表面带有大量纳米孔结构的石墨烯，相较于对石墨烯表面进行化学镀层改善复合材料界面的工艺而言，本专利技术的制备方法无外来原子引入，不涉及昂贵试剂和复杂的镀层工艺；原位生成的纳米-微米异构结构极大地改善了复合材料的界面，保证了载荷由基体向石墨烯的高效转移，显著提高了复合材料的强度和塑性；本专利技术的制备方法简单可控、经济有效、可重复性好、且安全无污染，所得石墨烯增强镁基复合材料的综合力学性能优异，可进一步拓宽镁基复合材料在工程领域中的应用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种具有原位纳米-微米异构界面的石墨烯/镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，氧化石墨烯的退火温度为600-1000℃，退火时间为0.25-30min。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，刻蚀剂与退火后石墨烯的质量比为1:1-20:1，所得粉末在管式炉内的加热温度为450-850℃，加热时间为1-5h。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所得石墨烯的含氧量为5-30at.％，微孔比表面积为330-700m2 g-1，纳米孔径为1-35nm，石墨烯与镁合金粉末的质量比为1:(150-350)。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，复合粉末在压制前预热至220-380℃，保温15-35min，压制压力为500-800MPa，圆柱胚体的烧结温度为400-600℃，烧结时间为30-120min。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，烧结后的圆柱胚体，其热挤压温度为290-380℃，挤压比为8:1-25:1。
7.按照权利要求1所述
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，最终得到具有原位纳米-微米异构界面的石墨烯增强镁基复合材料的屈服强度为170-270MPa，抗拉强度为280-360MPa，延伸率为15-39％。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的镁合金粉末优选纯镁、镁合金中的一种，所述的纯镁中镁元素含量大于99.0wt.％，所述的镁合金为Mg-Al或Mg-Zn系镁合金。
10.按照权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的具有原位纳米-微米异构界面的石墨烯/镁基复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种具有原位纳米-微米异构界面的石墨烯/镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，氧化石墨烯的退火温度为600-1000℃，退火时间为0.25-30min。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，刻蚀剂与退火后石墨烯的质量比为1:1-20:1，所得粉末在管式炉内的加热温度为450-850℃，加热时间为1-5h。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所得石墨烯的含氧量为5-30at.％，微孔比表面积为330-700m2 g-1，纳米孔径为1-35nm，石墨烯与镁合金粉末的质量比为1:(150-350)。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，复合粉末在压制前预热至220-380℃，保温15-35min，压制压力为500-800mpa，圆柱胚体的烧结温度为400-600℃，烧结时间为30-120min。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜宪，武雪峰，杜文博，王朝辉，李淑波，刘轲，赵晨辰，于子健，梁红星，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。