一种镍基高温烯合金粉末湿混制备方法
【专利摘要】本发明提出一种镍基高温烯合金粉末的制备方法，采用湿混的方法制备镍基高温烯合金粉末。首先选择氧化石墨烯薄片溶于水中，制备一定含量的氧化石墨烯溶液；然后将采用氩气雾化法(AA)或等离子体旋转电极法(PREP)制备的高温合金粉末加入到氧化石墨烯溶液中，超声波振动搅拌使氧化石墨烯薄片分散在高温合金粉末颗粒表面；对混合后的氧化石墨烯/高温合金粉末进行洗涤、过滤，放入烘箱中进行干燥；最后将干燥后的氧化石墨烯/高温合金粉末装入不锈钢包套中，进行真空除气、加热，制备出石墨烯/高温合金复合粉末。
【专利说明】
一种镍基高温烯合金粉末湿混制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种合金粉末的制备方法，具体涉及一种镍基高温稀合金粉末的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着航空业对于材料性能的进一步需求，镍基复合材料也广泛被研发和使用。近几十年来，关于碳材料的研究一直是科学前沿的研究热点。关于碳材料作为镍基高温合金复合材料的增强体的研究正在不断增加。石墨烯作为碳材料的一种，是迄今为止发现的最坚韧、导电和导热最好的材料，被誉为新一代战略材料。石墨烯具有载流子迀移率高、电流密度大、强度高、导热率高等优良特性，尤其是出色的力学性能，比普通金属材料高2-3个数量级，杨氏模量高于lGPa，所以关于石墨烯的复合材料的应用与研究十分有潜力。如果能将石墨烯的高强度、高比模量等优点和镍基粉末高温合金的高强度、高疲劳性能等优点结合起来，有望开发出具有优异性能的石墨烯增强镍基复合材料。制备镍基高温烯合金复合材料首先要解决的就是石墨烯与高温合金粉末之间的分散性问题。由于石墨烯密度较小，分散性差且与高温合金基体性质差异较大，采用传统熔炼冶金方法将石墨烯加入到金属材料中变得极为困难。
[0003]经过国内外相关文献检索发现:中国科学院宁波材料技术与工程研究所利用熔融共混制备出了聚对苯二甲酸(PET)/石墨烯复合材料，研究表明石墨烯的添加大大提高了复合材料的电导率，含有3.0vo I %石墨烯的复合材料电导率可以达到2.11 S/m。韩国北国立大学的Kuila等研究了功能化石墨烯醋酸乙烯(EVA)共聚合物复合材料的力学性能，用十八烷基胺(ODA)作为石墨烯的表面改性剂，然后与EVA共混制成共聚合物复合材料，其抗拉强度提尚了74%、热稳定性提尚了42 C C3Ramanathan等米用洛液分散法将改性后的石墨稀与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行复合，并对其热力学性能以及流变性能进行了表征。他们发现与纯PMMA相比，改性石墨烯/PMMA复合材料的弹性模量增加了30%，硬度增加了5%。但是，这些方法适用于石墨烯与一些聚合物材料之间的混合以提高复合材料的电导率、热稳定性及力学性能。针对高温合金中添加石墨稀制备石墨稀/高温合金复合粉末的方法，不仅要解决高温合金与石墨烯的密度差较大难以分散，而且制备的石墨烯/高温合金复合粉末随后还要进行热致密化成型等一系列热工艺过程，这些热工艺温度往往超过100tC，如果石墨烯与高温合金粉末之间分散性差，高温下容易与高温合金基体元素发生反应，最终影响合金的力学性能。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种石墨烯与高温合金粉末分散控制方法，将石墨烯纳米薄片均匀分散在高温合金粉体中。利用石墨烯纳米片的的高强度、高比模量等优点与镍基粉末高温合金相结合，发挥石墨烯薄片在金属基体中的强化作用，进而提高材料的力学性能。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种镍基高温烯合金粉末的制备方法，包括以下步骤:I)将氧化石墨烯纳米片溶于水或酒精中进行超声搅拌分散，将氧化石墨烯溶液静置，去除石墨烯溶液上方多余的水或者酒精；2)将AA法或PREP法制备的镍基高温合金粉末分批少量加入到氧化石墨烯溶液中，并不断进行机械搅拌;3)对混合后的粉末反复洗涤，放入烘箱中进行烘干处理，得到氧化石墨烯/高温合金复合粉末;4)然后将氧化石墨烯/高温合金粉末进行表面除气处理，除气后的混合粉末装入不锈钢包套中进行封焊，制备出石墨烯/高温合金复合粉末。
[0007]—种镍基高温烯合金粉末的制备方法的第一优选方案，氧化石墨烯纳米片采用氧化还原法、热解法或者其他方法制备所得，具有单层或者几个原子层厚度的片状结构，其厚度小于10nm。
[0008]—种镍基高温烯合金粉末的制备方法的第二优先方案，氧化石墨烯溶液中，氧化石墨稀的含量为0.05wt %?6wt % ；所述超声搅拌时间不小于30分钟，搅拌频率为超声2s，间隙5s。
[0009]—种镍基高温烯合金粉末的制备方法的第三优先方案，氧化石墨烯溶液静置时间为I?3h。
[0010]—种镍基高温烯合金粉末的制备方法的第四优先方案，镍基高温合金粉末粒度不大于-200目。
[0011]—种镍基高温烯合金粉末的制备方法的第五优先方案，分批少量加入的合金粉末，每批加入的粉末重量为200?1000g。
[0012]—种镍基高温烯合金粉末的制备方法的第六优先方案，机械搅拌时间不小于40分钟。
[0013]—种镍基高温烯合金粉末的制备方法的第七优先方案，复合粉末进行3?5次水洗。
[0014]一种镍基高温烯合金粉末的制备方法的第八优先方案，烘箱温度50°C?100°C，烘干时间为10?24h。
[0015]一种镍基高温烯合金粉末的制备方法的第九优先方案，除气处理真空度<5.0 X10-3Pa，除气温度200 V?400 V，除气时间3?12h。
[0016]与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果如下:
[0017](I)采用AA法或者PREP法制备的高温合金粉末，其粉末粒度更细更均匀，利与石墨烯纳米片之间的分散。
[0018](2)由于高温合金粉末密度比普通金属(镁、钛、铝等)粉末较大，采用石墨烯粉末直接与高温合金粉末混合难度较大，因此采用湿混方法将石墨烯植入到高温合金粉末中
[0019](3)考虑到石墨烯既不亲水也不亲油等有机溶剂，因此利用氧化石墨烯与水或者酒精等有机溶剂溶解，再将高温合金粉末加入到溶液中进行分散，有利于高温合金粉末与氧化石墨烯纳米片之间的充分结合。
[0020](4)由于氧化石墨烯中的官能团在高温下易发生裂解，在真空高温环境下可以将氧化石墨稀还原成石墨稀，将氧化石墨稀/高温合金复合粉末装入不锈钢包套中进行加热、除气处理，制备出石墨烯/高温合金粉末复合粉体，同时将包套封焊，可以直接进行下一步粉末热致密化处理。
【附图说明】
[0021 ]图1为石墨烯/高温合金粉末复合粉末制备工艺流程示意图；
[0022]图2为制备的石墨烯/高温合金粉末复合粉末SEM表面形貌；
[0023]图3为对制备的石墨烯/高温合金复合粉末经热致密化成型后的显微组织形貌。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图1-3和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]首先将含量为0.05?6wt%的氧化石墨烯纳米片加入到酒精溶液中，并进行超声搅拌，使氧化石墨烯均匀分散在酒精中，超声搅拌时间不小于30分钟。对超声分散后的氧化石墨烯溶液静置I?3h，去除多余的酒精。
[0026]然后将采用AA法或者PREP法制备的高温合金粉末，分批加入到氧化石墨烯溶液中。每次加入的高温合金粉末为200?1000g，粉末粒度不大于-200目，并不断对混合粉末进行机械搅拌。搅拌过程中观察高温合金粉末要充分在容器中翻滚，避免出现高温合金粉末在容器底部沉积，保证氧化石墨烯在高温合金粉末中均匀分散。若搅拌过程中遇到粉末结块、沉底难以搅拌，适当加入酒精进行稀释然后继续搅拌。
[0027]最后将制备完成后的氧化石墨烯/高温合金粉末放入50?100°C烘干炉中进行10?24h烘干。将烘干后的氧化石墨烯/高温合金复合粉末装入到不锈钢包套中，对包套进行真空除气、加热处理，真空度< 5 X 10—3Pa，温度200?400 V，得到石墨烯/高温合金复合粉末。
[0028]详见图1石墨烯/高温合金粉末复合粉末制备工艺流程示意图。
[0029]实施例一:
[0030]采用ZG25真空感应炉对粉末高温合金进行熔炼，制备出FGH96粉末高温合金母合金锭。然后采用氩气雾化法(AA法)制备出20kg高温合金粉末，对粉末进行筛分，得到粒度为-250目的FGH96高温合金粉末。采用氧化还原法制备出氧化石墨烯纳米片，将重量为Ig氧化石墨烯纳米片平均分2份，分别溶于300ml酒精中，并采用细胞粉碎机对氧化石墨烯溶液进行超声波处理，超声工作时间为40分钟。将超声后的氧化石墨烯溶液静置2h，去除容器上部多余的酒精。将制备好的2kg FGH96均匀分成10份，每份200g粉末，将粉末加入到氧化石墨烯溶液中，并采用机械搅拌机不断搅拌。对氧化石墨烯/高温合金混合粉末充分搅拌lh，去除氧化石墨烯/高温合金复合粉末，置于烘干炉中烘干。调节烘干炉温度60 °C，烘干时间16h。将烘干后的复合粉末装入直径为80mm，高度为IlOmm的不锈钢包套中，并不断振动保证粉末填充率。复合粉末装满包套后，对包套进行抽真空，并逐渐升温到200°C，抽真空至5 X10—3Pa后保温12h，对包套进行封焊，完成镍基高温烯合金复合粉末制备。
[0031]实施例二:
[0032]采用ZG25真空感应炉对粉末高温合金进行熔炼，制备出U720高温合金母合金锭。然后采用氩气雾化法(AA法)制备出1kg高温合金粉末，对粉末进行筛分，得到粉末粒度为-300目的U720高温合金粉末。采用氧化还原法制备出氧化石墨烯纳米片，将重量为360g氧化石墨烯纳米片平均分6份，分别溶于300ml酒精中，并采用细胞粉碎机对氧化石墨烯溶液进行超声波处理，超声工作时间为30分钟。将超声后的氧化石墨烯溶液静置2h，去除容器上部多余的酒精。将制备好的6kg U7 20均匀分成6份，每份I kg粉末，将粉末加入到氧化石墨烯溶液中，并采用机械搅拌机不断搅拌。对氧化石墨烯/高温合金混合粉末充分搅拌1.5h，去除氧化石墨烯/高温合金复合粉末，置于烘干炉中烘干。调节烘干炉温度80°C，烘干时间10h。将烘干后的复合粉末装入直径为120mm，高度为128mm的不锈钢包套中，并不断振动保证粉末填充率。复合粉末装满包套后，对包套进行抽真空，并逐渐升温到400°C，抽真空至5 X 10—3Pa后保温3h，对包套进行封焊，完成镍基高温烯合金复合粉末制备。
[0033]图2和图3的左右两图为分别对应实施例1和2的样品测试结果。
[0034]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种镍基高温烯合金粉末的制备方法，其特征在于:所述制备方法包括以下步骤:1)将氧化石墨烯纳米片溶于水或酒精中进行超声搅拌分散，将氧化石墨烯溶液静置，去除石墨烯溶液上方多余的水或者酒精;2)将AA法或PREP法制备的镍基高温合金粉末分批少量加入到氧化石墨烯溶液中，并不断进行机械搅拌;3)对混合后的粉末反复洗涤，放入烘箱中进行烘干处理，得到氧化石墨烯/高温合金复合粉末;4)然后将氧化石墨烯/高温合金粉末进行表面除气处理，除气后的混合粉末装入不锈钢包套中进行封焊，制备出石墨烯/高温合金复合粉末。2.根据权利要求1所述的镍基高温稀合金粉末的制备方法，其特征在于:所述氧化石墨烯纳米片采用氧化还原法或热解法制备所得，具有单层或者几个原子层厚度的片状结构，其厚度小于1nm03.根据权利要求1所述的镍基高温稀合金粉末的制备方法，其特征在于:所述氧化石墨烯溶液中，氧化石墨稀的含量为0.05wt %?6wt % ；所述超声搅拌时间不小于30分钟，搅拌频率为超声2s，间隙5s。4.根据权利要求1所述的镍基高温稀合金粉末的制备方法，其特征在于:氧化石墨稀溶液静置时间为I?3h。5.根据权利要求1所述的镍基高温稀合金粉末的制备方法，其特征在于:所述镍基高温合金粉末粒度不大于-200目。6.根据权利要求1所述的镍基高温烯合金粉末的制备方法，其特征在于:所述分批少量加入的合金粉末，每批加入的粉末重量为200?1000g。7.根据权利要求1所述的镍基高温烯合金粉末的制备方法，其特征在于:所述机械搅拌时间不小于40分钟。8.根据权利要求1所述的镍基高温稀合金粉末的制备方法，其特征在于:复合粉末进行3?5次水洗。9.根据权利要求1所述的镍基高温烯合金粉末的制备方法，其特征在于:所述烘箱温度50°C?100°C，烘干时间为10?24h。10.根据权利要求1所述的镍基高温烯合金粉末的制备方法，其特征在于:所述除气处理真空度< 5.0 X 10—3Pa，除气温度200 V?400 V，除气时间3?12h。
【文档编号】B22F1/00GK105834435SQ201511021007
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月30日
【发明人】吉传波, 王晓峰, 邹金文, 杨杰, 肖程波, 张晓艳, 戴圣龙
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院