本發(fā)明涉及合金材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種石墨烯摻雜的鎂合金絲及其制備方法。

背景技術(shù)：
鎂合金的特點(diǎn)是：密度小(1.8g/cm3鎂合金左右)，比強(qiáng)度高，比彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好，主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘，或者稀土元素等。目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。鎂合金主要用于航空、航天、運(yùn)輸、化工、火箭等工業(yè)部門。由于以上諸多優(yōu)點(diǎn)鎂合金絲廣泛應(yīng)用于電纜、高頻信號(hào)傳輸、電力傳輸、音頻視頻導(dǎo)體材料，屏蔽網(wǎng)線等領(lǐng)域。但目前的鎂合金特性仍然無(wú)法滿足軍工、航空航天等高端領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在強(qiáng)度、硬度以及耐火性能不足。有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種石墨烯摻雜的鎂合金絲，所述的鎂合金絲經(jīng)石墨烯改性，硬度、強(qiáng)度和耐火性都大幅提高，可適用于軍工、航空航天等高端領(lǐng)域零件的制作。本發(fā)明的第二目的在于提供上述石墨烯摻雜的鎂合金絲的制備方法，所述的制備方法提高了材料的工藝性能、切削性能和使用性能。為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種石墨烯摻雜的鎂合金絲，所述石墨烯摻雜的鎂合金絲為Mg-Graphene-Al-Ti-Cr-Ni-Ga-Sm-Yb合金，按質(zhì)量百分含量計(jì)，所述石墨烯摻雜的鎂合金中石墨烯的含量為0.15-4wt％，Al的含量為6-8％，Ti的含量為5-7％，Cr的含量為0.1-4％，Ni的含量為0.1-4％，Ga的含量為0.1-4％，Sm的含量為0.1-4％，Yb的含量為0.1-4％，余量為鎂。本發(fā)明的鎂合金絲不僅引入了石墨烯摻雜，而且還采用了對(duì)性能要求更加苛刻的加工模型—金屬絲。本發(fā)明通過(guò)引入石墨烯解決了目前鎂合金絲強(qiáng)度不高的問(wèn)題，呈現(xiàn)出290-450Mpa的抗拉強(qiáng)度，基本滿足了軍工、航空航天等高端領(lǐng)域的要求，尤其適用于磁、電、聲等信號(hào)傳輸線，以及屏蔽線等零件。優(yōu)選地，石墨烯的含量為0.2-1wt％，更優(yōu)選0.6-1wt％。通過(guò)調(diào)節(jié)加工工藝，引入其它元素?fù)诫s或者改變各原料配比等，可以進(jìn)一步提高鎂合金絲的抗拉強(qiáng)度，甚至高達(dá)325-410Mpa。除此外，本發(fā)明還具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、耐火性：優(yōu)選地，所述鎂合金絲的比強(qiáng)度為138-202N·m/kg，更優(yōu)選150-202N·m/kg。本發(fā)明所述的鎂合金的金屬配比不同時(shí)，石墨烯的最佳摻入量，以及合金絲的性能有所區(qū)別。例如，所述鎂合金絲的配方為：按質(zhì)量百分含量計(jì)算，Al的含量為6-7％，Ti的含量為5-7％，Cr的含量為0.1-2％，Ni的含量為0.1-2％，Ga的含量為1-4％，Sm的含量為0.1-4％，Yb的含量為0.1-4％時(shí)，較佳的石墨烯的含量為0.3-2wt％。其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到320-400Mpa，比強(qiáng)度為150-180N·m/kg。例如，所述鎂合金絲為向鎂鋅鋯合金摻雜石墨烯而得的配方為：按質(zhì)量百分含量計(jì)算，Al的含量為6-7％，Ti的含量為5-7％，Cr的含量為0.1-2％，Ni的含量為0.1-1％，Ga的含量為1-3％，Sm的含量為0.1-1％，Yb的含量為0.1-2％時(shí)，較佳的石墨烯的含量為2-3wt％。其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到350-400Mpa，比強(qiáng)度為160-180N·m/kg。本發(fā)明所述的石墨烯摻雜的鎂合金絲與現(xiàn)有合金絲的加工工藝有相似之處，但區(qū)別較大，尤其是熔煉溫度，以及拉拔、退火的工藝條件相差甚遠(yuǎn)，基本的加工流程為：將所有金屬粉與石墨烯混合，之后在850-1100℃下熔煉，再重復(fù)多次拉拔、退火，退火的溫度為350-800℃。由于石墨烯的二維六邊形晶格與金屬晶格交叉后，會(huì)對(duì)后者的晶格能量產(chǎn)生較大影響，因此，需要重新研究合適的熔煉溫度、拉拔退火等工藝條件。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在850-1100℃下熔煉之后，石墨烯與金屬既可以更好的分散，又可以交叉成基本均勻分布的空間結(jié)構(gòu)，這將降低了后續(xù)拉拔、退火的難度，也提高產(chǎn)品的質(zhì)量。與此相適應(yīng)的退火溫度為350-800℃，優(yōu)選的退火升溫速度為10-20℃/min，保溫時(shí)間優(yōu)選10min～3小時(shí)，更優(yōu)選1～3小時(shí)，以提高金屬絲的比剛度、強(qiáng)度。拉拔、退火視原料的性能、產(chǎn)品預(yù)期性質(zhì)以及石墨烯的摻入量而定。優(yōu)選地，所述重復(fù)多次拉拔、退火進(jìn)一步為：依次進(jìn)行第一次冷拔，在600-800℃下第一次退火，第二次冷拔，在350-500℃下第二次退火。該工藝采用兩次拉拔退火，適宜對(duì)切削性能要求高、硬度要求低的鎂合金絲。第一次退火的保溫時(shí)間優(yōu)選為10-30min，第二次退火的保溫時(shí)間優(yōu)選為1-2小時(shí)。優(yōu)選地，所述重復(fù)多次拉拔、退火進(jìn)一步為：依次進(jìn)行第一次冷拔，在600-800℃下第一次退火，第二次冷拔，在350-500℃下第二次退火，第三次冷拔，在500-700℃下第三次退火。該工藝采用三次拉拔退火，能更大程度地消除應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷，提高合金絲的比強(qiáng)度。第一次退火的保溫時(shí)間優(yōu)選為1-2小時(shí)，第二次退火的保溫時(shí)間優(yōu)選為10-20分鐘，第三次退火的保溫時(shí)間優(yōu)選為1-2小時(shí)。另外，該工藝采用高→低→高退火趨勢(shì)，可以提高合金絲的穩(wěn)定性，以及耐火性。本發(fā)明所述的熔煉更適宜慢速升溫，以利于石墨烯與金屬合金的混合，優(yōu)選的加熱速度為10-20℃/min，更優(yōu)選15-20℃/min。本發(fā)明所述鎂合金絲的直徑可以為任意尺寸，但與現(xiàn)有產(chǎn)品相比小尺寸的性能優(yōu)勢(shì)更明顯，尤其是抗拉強(qiáng)度、比強(qiáng)度方面。為了解決石墨烯在熔煉過(guò)程中的團(tuán)聚問(wèn)題，在熔煉之后和重復(fù)多次拉拔、退火之前還優(yōu)選進(jìn)行：淬火、回火；淬火為：在1000-1200℃下保溫1-3h，冷卻；回火為：在700-800℃下保溫0.5-2h，冷卻。淬火、回火不僅消除了石墨烯的團(tuán)聚物，而且使金屬和石墨烯混合后產(chǎn)生了1+1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2的效果，大幅提高了合金的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性。其中，淬火時(shí)的升溫速度優(yōu)選為15-30℃/min，回火時(shí)的升溫速度優(yōu)選為10-20℃/min，兩者的冷卻速度均優(yōu)選為30℃/min以上。在金屬粉與石墨烯熔煉前的混合工藝也非常重要，可以采用以下中的一種：將石墨烯的溶液與金屬粉混合；或者，將石墨烯加入熔融態(tài)的金屬中；或者，將石墨烯的溶液加入熔融態(tài)的金屬中；所述石墨烯的溶液的溶劑優(yōu)選為水或有機(jī)醇或兩者的混合?；蛘邔⑹┡c金屬粉固-固混合。另外，由于目前大量純石墨烯的生產(chǎn)困難，因此，在摻雜石墨烯時(shí)，也可以含石墨烯的混合物形式加入。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到了以下技術(shù)效果：(1)鎂合金絲的硬度、強(qiáng)度和耐火性都大幅提高，相比普通的鎂合金，提高幅度為20％以上，基本滿足了軍工、航空航天等高端領(lǐng)域的要求；(2)制備工藝將石墨烯的改性水平充分體現(xiàn)，與普通的工藝相比，材料的工藝性能、切削性能和使用性能都大幅提升；(3)除了改善硬度、強(qiáng)度和耐火性等常規(guī)性能外，本發(fā)明還通過(guò)優(yōu)化退火條件，使金屬絲的比剛度提高了20％以上。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。實(shí)施例1取料：按照以下百分比取料：石墨烯的含量為0.15％，Al的含量為8％，Ti的含量為5％，Cr的含量為4％，Ni的含量為0.1％，Ga的含量為4％，Sm的含量為0.1％，Yb的含量為4％，余量為鎂。混合：將合金粉末加熱至700-750℃，直至熔融，向其中加入石墨烯，攪拌均勻。熔煉、引鑄：將混合物加熱至850-900℃(升溫速度控制在10-20℃/min)下，保溫2小時(shí)，進(jìn)行熔煉，然后引鑄成Φ15mm左右的棒材。反復(fù)拉拔、退火：將棒材冷拔至Φ10mm左右的合金絲，然后...