[发明专利]烯合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种烯合金及其制备方法，其中，所述制备方法，包括：提供多个金属板；将石墨烯施加到所述多个金属板表面；将所述多个金属板热压形成复合材料；和对所述复合材料进行锻造形成所述烯合金。本发明的方法制备的烯铝合金，石墨烯均匀分布，数量足够；烯铝界面紧密啮合；没有疏松和孔隙；能够保持铝的冲击韧性和优良强塑性。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种利用石墨烯增强的合金及其制备方法。

背景技术

随着全球工业化的进展，高强度有色金属材料的需求日益壮大；从节约能源方面来看，工业金属轻量化是一个趋势；从节约金属矿产资源来看，利用地球上储量巨大的碳材料来增强有色金属将是一个巨大突破(因为钢铁业就是以铁碳相图作为基础的)。

由于铝、铜、镁、镍等不是碳化物形成元素(材料学定义)，碳原子在这些元素中固溶度很低，传统碳材料无法单独作为增强材料。这些金属的增强通常是依靠1)合金化得到高强度金属间化合物，这导致加工成型过程要添加多道热处理工序，金属、稀土等资源消耗量巨大，增强效果接近上限且工艺技术难度越来越大，产品综合性能约束(例如强度上升的同时塑性、导热、导电性下降等)导致应用环境有限制；2)外加硬质颗粒或纤维，例如碳纤维和碳纳米管增强铝基合金近年已经得到巨大发展和应用，但熔炼铸造难度或粉末冶金成本一直很大，同时受限于材料性能和结构要求，只能做某些复合材料产品和工艺应用。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格，只有一个碳原子厚度的二维材料。理论上拥有杨氏模量(1TPa)，高的断裂强度(125GPa)，超高导热系数(5000W·m^-1·K^-1)和电子迁移率(200000cm2·v^-1·s^-1)，是目前已知强度最大的材料。如果能把碳以石墨烯的形式加入这四种有色金属中进行增强，将实现更强更轻的合金，更低廉的社会成本。

目前在把石墨烯添加到铝、铜等有色金属中并没有取得金属行业认可的成果。大多数是粉末冶金技术路线做石墨烯-铝复合材料，即将铝粉等金属粉末和石墨烯粉末高速球磨混合/液体中搅拌吸附，然后压制成型再烧结为整体块材。据报道强度提高了30～120MPa不等，但因为没有报道石墨烯在复材内部的分布信息，而且此类工艺中的形变强化或细晶强化等也能达到同样指标；同期有报道粉末冶金的球磨混粉过程有碳化铝生成，在随后的工艺过程中碳化铝会和空气中的水反应生成甲烷和氧化铝，即石墨烯在粉末冶金过程中将大量损耗；理论上高速球磨时的粉末微观条件也会促进碳-铝反应，所以到目前为止，粉末冶金烯铝合金没有任何正式应用的报道。并且因为石墨烯是二维薄膜结构，容易扭曲，厚度是纳米材料，长宽是微米结构，靠石墨烯的超级拉伸强度来强化金属，对金属的位错运动、裂纹扩张的阻碍效应和传统的第二相硬质颗粒将有明显不同，这种全新的强化机制对合金内部的石墨烯的形态、位置、分布以及两相界面有特殊要求；粉末冶金难以兼顾这些方面，该工艺未来能否做出业界认可的石墨烯增强铝基合金是存疑的。

现有技术中所列明的技术内容仅代表发明人所掌握的技术，并不理所当然被认为是现有技术而用于评价本发明的新颖性和创造性。

发明内容

为克服现有技术的缺点中的一个或多个，本发明提供一种烯合金的制备方法，包括：提供多个金属板；将石墨烯施加到所述多个金属板表面；将所述多个金属板热压形成复合材料；和对所述复合材料进行锻造形成所述烯合金。

根据本发明的一个方面，还包括对所述金属板进行表面处理。

根据本发明的另一个方面，所述表面处理包括磨削、碱洗、酸洗、擦洗中的一个或多个。

根据本发明的另一个方面，所述金属板的表面粗糙度大约为Ra0.7±0.2μm。