[发明专利]一种注射成型制备石墨烯增强镁基复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种注射成型制备石墨烯增强镁基复合材料的方法，是针对石墨烯在镁合金基体中分散不均匀、难以与基体形成牢固界面结合的情况，采用半固态注射成型方法，以镁合金为基体、石墨烯为增强体，经混粉、加料、定量输送、加热、螺杆剪切、制备半固态浆液、高速注射成型，制成石墨烯增强镁基复合材料，此设备方法工艺先进、数据精确翔实、工序严密、制备的石墨烯增强镁基复合材料硬度达82.2HV、抗拉强度达235MPa、延伸率达7.22％，是先进的石墨烯增强镁基复合材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种注射成型制备石墨烯增强镁基复合材料的方法，属于有色金属复合材料制备及应用的技术领域。

背景技术

石墨烯具有优异的力学性能、热学性能和电学性能，是制备金属基纳米复合材料较为理想的增强体，通过向镁基体中添加石墨烯制备石墨烯增强镁基复合材料，可提高其综合性能，从而拓展镁合金的应用范围，同时为镁基复合材料工业化生产创造有利条件；但是石墨烯易团聚，难以在镁合金中均匀分散，其界面润湿性差，不易与镁及镁合金形成强力的界面结合，这是石墨烯增强镁基复合材料制备中的难题。

如何将石墨烯均匀分散到镁合金金属基体中，并且在不破坏石墨烯的微观结构的情况下使石墨烯和金属基体间形成良好的界面结合，是技术难题；当前，石墨烯作为增强相制备镁基复合材料还处于研究阶段，其工艺技术还有待进一步提高。

目前，石墨烯增强镁基复合材料主要是采用粉末冶金的制备方法，这种制备方法成型工艺复杂，设备成本高，只能制作成型结构简单的零件，且生产周期长；另一种常用方法是熔融搅拌铸造法，该方法成型工艺复杂，工艺过程中的温度难以准确控制，石墨烯易发生团聚和被高温烧毁；与之比较，半固态注射成型对于石墨烯增强镁基复合材料的制备有较多潜在优势，此技术还处于科学研究中。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的状况，以镁合金为基体，石墨稀为增强增韧剂，经混粉、加料、定量输送、制备半固态浆液、快速注射，制成石墨烯增强镁基复合材料，以提高镁基复合材料的力学性能。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：石墨烯、镁合金，无水乙醇、氧化镁、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

制备方法如下：

(1)混粉

称取石墨烯30g±0.001g、镁合金5000g±0.001g，置于混粉机中混合，混粉机转数20r/min，混粉时间30min，成镁合金石墨烯混合颗粒；

(2)注射成型机料筒预热

注射成型机料筒共有H1、H2、H3、H4、H5、H6、NH、LNH 8个区域，H1～H4区域为加温段，H1加热温度为480℃，H2加热温度为585℃，H3加热温度为600℃，H4加热温度为628℃；混合颗粒在H1-H4区域内受到加热，H5和H6区域为保温区域，温度设定为628℃，对加热形成的浆料进行保温；NH和LNH区域为注射准备区，温度设定为600℃；

(3)加料

通过输入阀向注射成型设备中通入氩气，通入时间20min，待氩气充满注射成型设备内部，关闭输入阀；将混料的镁合金石墨烯混合颗粒加入到成型机储料斗中，储料斗中送料螺杆通过旋转不断地将混合颗粒送入旋转剪切机构，每次送料量为800g，达到设定量后，送料螺杆停止旋转；

(4)送料

成型机料筒内部的螺旋剪切输送杆转数设定为168r/min，螺旋剪切输送杆在旋转过程中，对混合颗粒施加切剪力，同时将浆料输送至冲头前端空腔内；

(5)射出成型