[发明专利]一种脉冲电流辅助成形石墨烯镁基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种包含石墨烯的Mg‑8Al‑1Sm复合材料的制备方法。本发明首先制备Mg、Al、Sm、石墨烯的复合粉末，然后利用冷压压实—热压烧结的方法制成石墨烯镁基复合材料烧结块，最后使用脉冲电流辅助镦粗方法制得增韧、增强的石墨烯镁基复合材料。在复合材料中加入石墨烯和稀土钐元素，并利用高能球磨方法使其分散均匀，以增强材料的强度，Sm元在Mg中固溶度大，能形成增强相。随后利用脉冲电流辅助，增强材料的成形性能，在快速到达成形温度后镦粗，使得材料致密，减少缺陷，提高材料的综合力学性能。本材料以Mg‑8Al为基体，加入稀土钐和石墨烯作为强化相，脉冲电流作为强化手段，实现了石墨烯镁基复合材料的综合力学性能，提高了生产效率，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于镁合金材料制备的领域，具体涉及一种粉末冶金—脉冲电流辅助镦粗制备石墨烯美基复合材料(Mg-8Al-1Sm-0.7GNPs)的制备方法。

背景技术

镁合金属于密排六方结构，具有低的密度、高的比强度和比刚度、良好的耐高温性、耐磨性、减震性等优异的性能，将会在汽车制造，航空航天、国防等领域得到广泛应用，而其室温成形性能差、弹性模量低、耐蚀性差的特点限制了其应用。

铝及铝合金具有较高的强度，良好的成形性能及耐蚀性，且质轻价廉，已经在电子电器、建筑等行业广泛运用，且Mg-Al合金属于一种比较成熟的商用合金体系，在工业上已经得到了广泛的应用。

稀土元素在镁中固溶度高，能形成有效强化相，具有显著时效强化特性，可以大幅提高镁合金强度，增强合金耐蚀性和抗蠕变性；Sm作为轻稀土中最后一个元素，具有与镁原子半径差小、电负性接近、在镁合金中固溶度大的特点，适当加入镁合金中可改善镁合金的力学性能。

石墨烯是一种新型的二维纳米结构材料，也是人类现在发现的独一存在的二维自由态原子晶体；其具有力学性能优异、熔点高、化学性质稳定、导电性好等特点；石墨烯因其极大的比表面积所以团聚问题严重，因此层数相对较多且容易分散的GNPs或引入了官能团的Go在材料、物理和化学等学科领域均得到了广泛研究与应用。

脉冲电流为一种高密度的能量输入方式，被广泛应用于金属材料组织改善和加工成形中，电流辅助处理及成形工艺的高效、绿色、节能以及易于智能化设计等诸多优点也使其逐渐成为金属材料加工领域的焦点，在金属材料微观组织调控、力学性能及成形性能的改善和新型先进成形技术的开发等方面取得了诸多成果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用粉末冶金及脉冲电流辅助成形制备石墨烯增强的镁基复合材料的制备方法，该方法可克服镁合金室温成形困难的缺点，降低材料变形抗力，有效提高镁合金的变形能力，降低生产成本，提高生产效率。

本发明提供一种石墨烯镁基复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)在氩气环境下的真空手套箱中称取定量的合金粉末，其中8gAl,1gSm,0.7g石墨烯，90.3gMg，并与球料比为20:1的球磨珠一起装入球磨罐中，密封；(2)往球磨罐中通入20分钟氩气，随后密封；(3)利用高能球磨罐对粉末进行球磨，球磨转速为350r/min，球磨时间为8h，每转30min，停转10min，得到混合粉末；(4)在氩气环境下的真空手套箱中将混合粉末放入冷压模具中，随后压实得到压实块，压力为40MPa，保压30min；(5)压实块放入真空热压烧结炉中烧结得到烧结块，压力为40MPa，烧结温度为600℃，烧结1h；(6)利用紫铜电极夹持烧结块，装在电子万能试验机上，接通脉冲电流；(7)调节脉冲电流参数将烧结块加热至成形温度，在墩粗模具中在加热的同时进行墩粗，得到石墨烯镁基复合材料。

本发明步骤(1)所述合金粉末(Mg、Al、Sm)及石墨烯粉末为市面上销售的任意粉末粒度小于100μm的商用粉末。

本发明步骤(2)所述球磨混粉过程中，加入2％的硬脂酸(CH3(CH2)16COOH)，在球磨过程中起过程控制剂的作用，防止粉末冷焊。