[发明专利]一种改性石墨烯增强镁基金属材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种镁基金属复合材料，具体为一种改性石墨烯增强镁基金属材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯具有的特殊的二维纳米结构使其具有优异的物理性能，成为近年来研究的热点。石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的单原子层厚度的二维材料，理论厚度0.335纳米，具有六角形蜂巢结构，它可包裹成零维的富勒烯、卷成一维的碳纳米管、堆积成三维的石墨，是构成其他碳质材料的基本单元。石墨烯的这种特殊蜂窝状晶格是由两个等价的σ键结合在一起的碳原子构成的，并且因为这种极强的碳碳键作用使得石墨烯具有超高的导热性能和力学性能。

石墨烯特殊的单原子层结构决定了其丰富优异的物理性能，其杨氏模量可达1100GPa，断裂强度达到125GPa，热导率达到5000J/m·K·s，电子迁移率2×10⁵cm²/V·s。石墨烯比表面积超大，可达2630m²/g，它还具有分子霍尔效应、两字霍尔铁磁性和永不消失的电导率等一系列性质，石墨烯已成为目前最具前景的材料之一。

由于石墨烯与金属间润湿性差、易产生团聚，通过石墨烯表面改性，控制石墨烯表面活性官能团的种类及含量，增强了其与基体合金或中间合金的结合能力，进而提升石墨烯在金属基复合材料中的分散和均布。

目前，石墨烯增强轻金属基复合材料成形方式多集中于粉末冶金、球磨、热挤压等，且多处于实验室试样级别的材料制备阶段，难以实现大容量的材料制备以及产品成形，未来研究可向实验室小量试制到批量生产金属基复合材料转变方向发展。

但是

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种低温条件下保持优良力学性能的镁基金属材料，本发明提供了一种改性石墨烯增强镁基金属材料及其制备方法。

技术方案：一种改性石墨烯增强镁基金属材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.02～0.5wt.％、铜5.9～11.2wt.％、二氧化硅1.2～4.6wt.％、三氧化二铝1.4～5.6wt.％、碳纳米管1.3～7.8wt.％、镍4.5～7.9wt.％、二氧化钛1.3～3.8wt.％、氧化镧1.3～4.6wt.％、余量为镁。

优选的，改性石墨烯的质量分数百分比为0.02～0.2wt.％。

优选的，二氧化硅的质量分数百分比为1.8～4.2wt.％。

优选的，三氧化二铝的质量分数百分比为2.1～5.0wt.％。

优选的，镁元素与改性石墨烯的质量比大于180。

优选的，镁元素与碳纳米管的质量比大于30。

优选的，镁元素与二氧化钛的质量比大于45。

一种改性石墨烯增强镁基金属材料的制备方法，包含以下步骤：

(1)将石墨烯加入无水乙醇中，m/v为1:15～25，置于球磨机内，分散均匀后，加入阳离子表面活性剂，超声处理2～4小时；

(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40～56℃的烘箱中，去除无水乙醇，制得改性石墨烯；

(3)将纯镁进行熔化，待其熔化一半时加入改性石墨烯，在680～760℃内保温30～65分钟；

(4)添加铜、二氧化硅、三氧化二铝、碳纳米管、镍、二氧化钛和氧化镧后保温搅匀，在760～780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20～40分钟，再加入表面活性剂，在700～720℃撇去表面浮渣，得到镁合金熔体；

(5)对镁合金熔体进行重力铸造，得到镁合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性石墨烯增强镁基复合材料。

优选的，固溶处理的温度为490～530℃，时间为5～16小时。

优选的，时效处理的温度为215～260℃，时间为20～48小时。

有益效果：(1)本发明所述改性石墨烯增强镁基金属材料在零下20℃条件下依然能够保持良好的力学性能；(2)所述镁基金属材料抗拉强度、伸长率等性能参数均得到提高，较商用级合金提高7～11％。

具体实施方式

实施例1

一种改性石墨烯增强镁基金属材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：改性石墨烯0.02wt.％、铜5.9wt.％、二氧化硅1.2wt.％、三氧化二铝1.4wt.％、碳纳米管1.3wt.％、镍4.5wt.％、二氧化钛1.3wt.％、氧化镧1.3wt.％、余量为镁。

一种改性石墨烯增强镁基金属材料的制备方法，包含以下步骤：