[发明专利]一种高性能碳钢的制备方法

权利要求书

1.一种高性能碳钢的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：

①称取质量为m的铁基粉末与高纯石墨球加入三维振动混粉机，利用三维振动混粉机对铁基粉末与高纯石墨球的混合物进行三维振动混粉，通过三维振动混粉使待包覆铁基粉末与高纯石墨球间产生摩擦力与剪切力，对高纯石墨球进行机械剥离的同时将剥离下来的单层石墨烯或少层石墨烯均匀包覆在铁基粉末上；铁基粉末与高纯石墨球的初始加入量之比为0.1:1~10:1，振动频率为10~80Hz，振动时间为10min~10h；

②振动混粉结束后，将高纯石墨球取出，称量高纯石墨球的质量，通过控制三维振动混粉的振动频率和振动时间来控制获得的石墨烯量m₀；

步骤2：

将三维振动混粉后的粉体加入到模具中，置入放电等离子体活化烧结炉中进行放电等离子体活化及致密化烧结，烧结温度为1150~1300℃，升温速率为20~200℃/min，烧结压力为10~50MPa，保温时间为5~120min，炉冷至室温即得到高性能碳钢；

制备的碳钢内部晶粒呈现出铁碳化合物Fe_χC型结构，其中χ=1~3,从晶粒表面到晶粒心部χ均匀增大；同时，铁碳化合物Fe_χC作为增强体，在活化及致密化烧结过程中相互连接形成连续三维空间网络结构；

三维振动混粉过程中不添加任何助剂，以保持生成的石墨烯的活性，并避免剥离的单层石墨烯或少层石墨烯与铁基粉末界面间的污染。

2.根据权利要求1所述的一种高性能碳钢的制备方法，其特征在于：所述铁基粉末为铁粉末或铁合金粉末。

3.根据权利要求1所述的一种高性能碳钢的制备方法，其特征在于：三维振动混粉后的石墨烯量m₀使得碳钢中的含碳质量为0.0218%~2.11%。

4.根据权利要求1所述的一种高性能碳钢的制备方法，其特征在于：三维振动混粉在大气中进行或在真空进行或在保护气氛下进行。

5.根据权利要求1所述的一种高性能碳钢的制备方法，其特征在于：放电等离子体活化及致密化烧结在真空进行或在保护气氛下进行。