[发明专利]一种氧化石墨烯复合镁基叠层梯度材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化石墨烯复合镁基叠层梯度材料的制备方法，其针对功能梯度材料制备过程复杂、易产生不良的界面反应等问题，采用氧化石墨烯、碳化硼作为镁合金的增强体，经超声分散、球磨混粉、单层等离子烧结、叠层整体等离子烧结，制得复合材料，以提高镁合金基体的力学性能；此制备方法工艺先进，数据精确翔实，复合材料的组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，晶粒尺寸明显细化，氧化石墨烯和碳化硼在镁合金基体中分散均匀，界面结合良好，抗拉强度达275Mpa，延伸率达5.8%，硬度达90HV，是先进的镁基叠层复合材料制备方法。

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯复合镁基叠层梯度材料的制备方法，属有色金属复合材料制备及应用的技术领域。

背景技术

镁具有密度小，比强度和刚度高等优点，在轻质结构方面的工程应用具有良好前景，并有可能提高汽车交通、航空航天和3C产品等应用中的能效和性能。然而，镁固有的强度低，延展性差，限制了镁及镁合金的应用。通过引入增强相制备镁基复合材料，既可以提升镁及镁合金的性能，又可以扩展镁的应用范围。

碳化硼是一种硬度极高的陶瓷材料，且具有一系列优异的性能，例如低密度，高弹性模量，良好的耐磨性和耐腐蚀性，在工程结构领域得到了广泛研究和应用，是适用于镁基复合材料的理想增强材料。但是，在金属基体中添加陶瓷颗粒，常引起延展性下降的现象。石墨烯具有优异的强度、延展性、热学性能和电学性能，也是制备金属基纳米复合材料理想的增强体之一，并且可以针对性地弥补镁及镁合金延展性差的缺点，获得良好的综合性能。

目前，复合材料多采用单种增强相，性能单一，在实际应用中的针对性差；叠层复合材料的制备主要采用热压、轧制以及气相沉积等方法，存在加工效率低、制备工艺复杂和成本偏高等问题。如何采用效率更高的方法，制备含有碳化硼和氧化石墨烯协同增强的梯度叠层复合材料，从而提升材料的性能和实用性是技术难题。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的不足，采用氧化石墨烯和碳化硼作为镁合金的增强体，经超声分散、混合、SPS等离子梯度烧结得到功能梯度复合材料。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：氧化石墨烯、镁合金粉末、碳化硼粉末、无水乙醇、氩气，各化学物质材料用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

氧化石墨烯：C固态粉体0.13g±0.01g

镁合金粉末：AZ91D固态粉体47.5g±0.01g

碳化硼粉末：B₄C固态粉末7.5g±0.01g

无水乙醇：C2H5OH液态液体 2000mL ±50mL

氩气：Ar气态气体2500000cm³±100cm³

制备方法如下：

（1）混合粉末A的制备

首先在500ml去离子水中加入0.13g氧化石墨烯，利用超声波设备制得氧化石墨烯悬浊液；其中，超声条件设定为：超声功率为720W，超声时间为2h；然后向氧化石墨烯悬浊液中加入42.5g镁合金粉末，机械搅拌混合，搅拌条件设定为：搅拌速度300r/min，搅拌时间为2h；搅拌后过滤、干燥，由此得到氧化石墨烯质量分数为0.3%的混合粉末A；

（2）混合粉末B的制备