[发明专利]一种石墨烯增强奥氏体钢复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯均匀分散于马氏体钢并诱导奥氏体相变的方法和由该方法制备出来的石墨烯增强奥氏体钢复合材料，将多层石墨烯与马氏体钢粉体均匀混合(一次分散)，得到混合物，采用高能束对混合物加热形成熔池，熔池内部的高温对流和剪切流动使石墨烯片层间滑移、分离，并均匀分散于熔池中(二次分散)，熔池降温凝固过程中，通过两次分散的石墨烯诱导奥氏体相变，完全凝固后，得到石墨烯均匀分散的石墨烯增强奥氏体钢复合材料，该材料在保持高抗拉强度的同时，延伸率和冲击韧性均有大幅提高，具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯增强奥氏体钢复合材料及其制备方法。

背景技术

马氏体钢的使用不仅在人们的日常生活中非常普遍，在工业领域也占有非常重要的比重。马氏体钢在常温下保持马氏体显微组织，使钢材的强度和硬度高，耐磨性好，同时又兼有一定耐蚀性能。奥氏体也是钢材中常见的一种显微组织，奥氏体钢强度和硬度偏低，但奥氏体的存在可提高材料的塑性和韧性。如何提高马氏体钢的塑性和韧性，一直是材料领域的研究目标。

另外，随着社会的发展，单一材料的性能已无法满足人们越来越严苛的要求，对复合材料多功能、高性能的需求越来越大。石墨烯具有超强、超薄、导电及导热性优异的特性，在金属基复合材料方面具有广阔的应用前景。但石墨烯很容易团聚，不容易均匀分散于金属内部。目前的分散方法主要有物理法和化学法，物理法主要包括搅拌、超声、球磨等，化学法主要包括氧化还原、官能团接枝等。专利申请201810687852.0提出的超声振荡+冷冻干燥+液氮球磨的方法由于涉及冷冻干燥、液氮冷淬、真空球磨等苛刻条件和复杂工艺，实际应用中将导致工艺条件难以控制、成本高、石墨烯分散不均匀等问题，而且，我们的研究发现，金属里面的石墨烯含量并不是越多越好，想方设法提高金属内部石墨烯添加量会适得其反。相比而言，专利申请201910677304.4提出的分散剂+超声振荡+球磨干燥的方法更通用一些。不过，纵观目前的方法，大家只是把焦点放在如何把石墨烯分散或附着在金属粉末的表面，努力寻找把石墨烯均匀分散在金属粉末表面的方法。但我们的目标其实应该是将石墨烯均匀地分散在最终材料之中，目前的方法无法保证石墨烯在基体材料中均匀分散。

发明内容

本发明的目的在于针对现有方法只是将石墨烯分散在金属粉末表面、在最终材料中石墨烯分散不均匀的问题，提供一种石墨烯均匀分散于马氏体钢并诱导奥氏体相变的方法以及由这种方法制备出来的石墨烯增强奥氏体钢复合材料。

本发明提供的石墨烯增强奥氏体钢复合材料，包含了一定重量比的石墨烯，复合材料的组织占比为94.65％～0.6％的马氏体，以及组织占比为5.35％～99.4％的奥氏体，其中所述奥氏体由高能束对石墨烯粉体和马氏体钢粉混合物照射诱导奥氏体相变而成。

进一步地，所述石墨烯的重量比为0.1％～1％。

可选地，所述石墨烯增强奥氏体钢复合材料包含了重量比为0.1％的石墨烯，组织占比为94.65％的马氏体，以及组织占比为5.35％的奥氏体。

可选地，所述石墨烯增强奥氏体钢复合材料包含了重量比为0.2％的石墨烯，组织占比为61.65％的马氏体，以及组织占比为38.35％的奥氏体。

可选地，所述石墨烯增强奥氏体钢复合材料包含了重量比为0.5％的石墨烯，组织占比为0.6％的马氏体，以及组织占比为99.4％的奥氏体。

本发明一种石墨烯均匀分散于马氏体钢并诱导奥氏体相变的方法，包括如下步骤：

第一步，取0.1％～1％重量比的多层石墨烯粉体与马氏体钢粉体混合，使得石墨烯均匀分散于马氏体钢粉体中(一次分散)，得到混合物。

第二步，采用高能束对混合物进行加热，在高能束所选择照射的区域内形成熔池。