本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是一種石墨烯增強鋁基復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁基復(fù)合材料由于具有輕質(zhì)高強、高剛度、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點，在航空、航天、武器裝備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的鋁基復(fù)合材料是將增強顆粒外加到鋁基體中，由于在鋁基體中外加顆粒存在著增強顆粒與基體浸潤性差，界面反應(yīng)難以控制，增強顆粒分布不均勻等缺陷，影響了鋁基復(fù)合材料的性能。同時采用外加顆粒的制備工藝復(fù)雜，成本較高，阻礙了鋁基復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。混雜增強可以改善單一增強體的不足，使各種增強材料不同性質(zhì)的相互補充，產(chǎn)生混雜效應(yīng)，進一步提高材料的性能。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為:1376805，公開日為:2002.10.30，發(fā)明名稱為一種高強度原位鋁基復(fù)合材料，該復(fù)合材料是一種原位自生A12O3，TiB2顆粒混雜增強鋁基復(fù)合材料。該復(fù)合材料由于反應(yīng)粉末的微區(qū)不均勻分布而造成生成產(chǎn)物中存在脆性相TiAl3，影響了復(fù)合材料的性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯增強鋁基復(fù)合材料及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種石墨烯增強鋁基復(fù)合材料，其質(zhì)量組成為：Fe1.2～1.6％，Ti 0.2～0.3％，SiC0.8～1.0％，Co 0.1～0.2％，Zr 0.1～0.2％，Mg 20～40％，NiCr 3～4％，石墨烯2～3％，Al余量。
一種所述的石墨烯增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：
(1)選取直徑8～10mm的石墨烯剪成2～3mm的短石墨烯，然后將短石墨烯在400～450℃的溫度以及真空環(huán)境下灼燒40～60min，待其冷卻至常溫后置于體積濃度為25％的稀硝酸溶液中煮沸10～15min，過濾出的短石墨烯用蒸餾水沖洗后再置于質(zhì)量濃度為15％的碳酸氫鈉溶液中6～10min，再次過濾出短石墨烯，用蒸餾水浸泡和沖洗4～6次，即可；
(2)將處理后的石墨烯按配比與其他原料進行混合，用球磨機進行研磨，至混合料的粒徑為100～160nm之間，得到混合料粉；
(3)將混合料粉在真空度為0.0006～0.001Pa、壓強為100～120MPa的條件下燒結(jié)，燒結(jié)時，以每分鐘60～80℃的升溫速率將溫度升至460～480℃，并保持該溫度30～60min完成燒結(jié)，燒結(jié)完成后自然冷卻至室溫，即可。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明復(fù)合材料采用NiCr和石墨烯顆粒在基體中彌散分布，起到了強化作用，使基體的強度和模量得到明顯提高。本發(fā)明復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和成形能力，可以廣泛應(yīng)用于要求高強度、高模量的形狀復(fù)雜零件上，同時在航空航天、國防、工業(yè)等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
實施例1
石墨烯增強鋁基復(fù)合材料，其質(zhì)量組成為：Fe1.2％，Ti 0.2％，SiC1.0％，Co 0.2％，Zr 0.1％，Mg 20％，NiCr 3％，石墨烯3％，Al余量。
上述復(fù)合材料的制備步驟如下：
(1)選取直徑8～10mm的石墨烯剪成2～3mm的短石墨烯，然后將短石墨烯在400℃的溫度以及真空環(huán)境下灼燒60min，待其冷卻至常溫后置于體積濃度為25％的稀硝酸溶液中煮沸10min，過濾出的短石墨烯用蒸餾水沖洗后再置于質(zhì)量濃度為15％的碳酸氫鈉溶液中6min，再次過濾出短石墨烯，用蒸餾水浸泡和沖洗4次，即可；
(2)將處理后的石墨烯按配比與其他原料進行混合，用球磨機進行研磨，至混合料的粒徑為100～160nm之間，得到混合料粉；
(3)將混合料粉在真空度為0.0006Pa、壓強為100MPa的條件下燒結(jié)，燒結(jié)時，以每分鐘60℃的升溫速率將溫度升至460℃，并保持該溫度60min完成燒結(jié)，燒結(jié)完成后自然冷卻至室溫，即可。
本實施例制備的復(fù)合材料的密度為2.60g/cm3，在復(fù)合材料中，NiCr和石墨烯的尺寸在100～200nm，顆粒形狀主要為六方形或長方體，材料致密均勻，NiCr和石墨烯增強顆粒彌散分布在基體中，NiCr和石墨烯與基體界面干凈，結(jié)合良好。經(jīng)過T6處理的復(fù)合材料的力學(xué)性能：抗拉強度σb＝526MPa，屈服強度σ0.2＝402MPa，斷后伸長率δ＝9.2％，彈性模量E＝73GPa。
實施例2
石墨烯增強鋁基復(fù)合材料，其質(zhì)量組成為：Fe1.4％，Ti 0.25％，SiC0.9％，Co 0.15％，Zr 0.15％，Mg 30％，NiCr 3.5％，石墨烯2.5％，Al余量。
上述復(fù)合材料的制備步驟如下：
(1)選取直徑8～10mm的石墨烯剪成2～3mm的短石墨烯，然后將短石墨烯在452℃的溫度以及真空環(huán)境下灼燒50min，待其冷卻至常溫后置于體積濃度為25％的稀硝酸溶液中煮沸13min，過濾出的短石墨烯用蒸餾水沖洗后再置于質(zhì)量濃度為15％的碳酸氫鈉溶液中8min，再次過濾出短石墨烯，用蒸餾水浸泡和沖洗5次，即可；
(2)將處理后的石墨烯按配比與其他原料進行混合，用球磨機進行研磨，至混合料的粒徑為100～160nm之間，得到混合料粉；
(3)將混合料粉在真空度為0.0008Pa、壓強為110MPa的條件下燒結(jié)，燒結(jié)時，以每分鐘70℃的升溫速率將溫度升至470℃，并保持該溫度45min完成燒結(jié)，燒結(jié)完成后自然冷卻至室溫，即可。
本實施例制備的復(fù)合材料的密度為2.68/cm3，在復(fù)合材料中，NiCr和石墨烯的尺寸在100～200nm，顆粒形狀主要為六方形或長方體，材料致密均勻，NiCr和石墨烯增強顆粒彌散分布在基體中，NiCr和石墨烯與基體界面干凈，結(jié)合良好。經(jīng)過T6處理的復(fù)合材料的力學(xué)性能：抗拉強度σb＝538MPa，屈服強度σ0.2＝425MPa，斷后伸長率δ＝9.8％，彈性模量E＝75GPa。
實施例3
石墨烯增強鋁基復(fù)合材料，其質(zhì)量組成為：Fe1.6％，Ti 0.2％，SiC0.8％，Co 0.1％，Zr 0.2％，Mg40％，NiCr 4％，石墨烯23％，Al余量。
上述復(fù)合材料的制備步驟如下：
(1)選取直徑8～10mm的石墨烯剪成2～3mm的短石墨烯，然后將短石墨烯在450℃的溫度以及真空環(huán)境下灼燒40min，待其冷卻至常溫后置于體積濃度為25％的稀硝酸溶液中煮沸15min，過濾出的短石墨烯用蒸餾水沖洗后再置于質(zhì)量濃度為15％的碳酸氫鈉溶液中10min，再次過濾出短石墨烯，用蒸餾水浸泡和沖洗6次，即可；
(2)將處理后的石墨烯按配比與其他原料進行混合，用球磨機進行研磨，至混合料的粒徑為100～160nm之間，得到混合料粉；
(3)將混合料粉在真空度為0.001Pa、壓強為120MPa的條件下燒結(jié)，燒結(jié)時，以每分鐘80℃的升溫速率將溫度升至480℃，并保持該溫度30min完成燒結(jié)，燒結(jié)完成后自然冷卻至室溫，即可。
本實施例制備的復(fù)合材料的密度為2.65g/cm3，在復(fù)合材料中，NiCr和石墨烯的尺寸在100～200nm，顆粒形狀主要為六方形或長方體，材料致密均勻，NiCr和石墨烯增強顆粒彌散分布在基體中，NiCr和石墨烯與基體界面干凈，結(jié)合良好。經(jīng)過T6處理的復(fù)合材料的力學(xué)性能：抗拉強度σb＝534MPa，屈服強度σ0.2＝410MPa，斷后伸長率δ＝9.4％，彈性模量E＝74GPa。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。