本发明属于新材料
技术领域：
，具体涉及一种离子液改性石墨烯增强铝基复合材料。
背景技术：
随着现代科学技术和工业制造业的迅猛发展，航空航天、车辆工程以及电力电子等领域对金属材料的力学性能提出了更高的要求。在提高金属材料力学性能尤其是抗拉强度以及延展性的基础上保持甚至提高其导电性能逐渐成为这些领域近年来的研究热点。纯铝作为一种金属材料，具有良好的导电性，可以基本满足上述领域对金属材料导电性能的要求。但是纯铝本身的抗拉强度较低，同时耐冲击损伤性能较差。技术实现要素：本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种离子液改性石墨烯增强铝基复合材料。本发明是通过以下技术方案实现的：一种离子液改性石墨烯增强铝基复合材料，所述离子液改性石墨烯增强铝基复合材料中含有其质量0.282-0.288%的离子液改性石墨烯，其余为纯铝。进一步的，所述离子液改性石墨烯制备方法为：（1）采用离子能量为235-240kev、束流密度为160-165a/cm²、脉冲宽度为55-60ns的混合离子束组成的强流脉冲离子束在60℃的环境温度下对纳米石墨烯进行表面辐照处理，辐照处理总时间为120s，辐照次数为5次，每次辐照处理间隔为10-12s；（2）按重量份计，将上述经过辐照处理后的纳米石墨烯20-25份与有机溶剂80-85份、油酸2-4份、氧化剂0.5-0.8份、无机盐3-5份，在常温下将经过辐照处理后的纳米石墨烯均匀分散到有机溶剂中，然后加入油酸和氧化剂然后以1200r/min转速搅拌30-35min，加热至78-80℃，保温10min，然后再加入无机盐，以2500r/min转速搅拌2小时，再进行抽滤，依次采用无水乙醇和去离子水对抽滤产物进行清洗，烘干至恒重，得到预改性纳米石墨烯；（3）将上述得到的预改性纳米石墨烯与离子液按1:3-5质量比例均匀混合，添加到反应釜中，抽真空，然后加热至156-158℃，然后添加预改性纳米石墨烯质量1.2-1.5%的2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷，以1800r/min转速搅拌2小时，然后自然冷却至室温后，进行抽滤，依次采用无水乙醇和去离子水对抽滤产物进行清洗，烘干至恒重，得到离子液改性石墨烯。进一步的，步骤（1）所述混合离子束按质量百分比计由以下成分制成：78%h+、22%c+。进一步的，步骤（1）所述的纳米石墨烯粒度为80nm。进一步的，步骤（2）所述的有机溶剂为甲苯、四氯化碳中任一种。进一步的，步骤（2）所述的氧化剂为高氯酸钾。进一步的，所述无机盐为硫酸铝。进一步的，步骤（3）所述离子液为1-羧甲基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐与n-磺酸丁基吡啶硫酸氢盐按3:1质量比例混合制成。有益效果：本发明制备的离子液改性石墨烯增强铝基复合材料具有优异的抗冲击损伤性能，本发明通过离子液改性石墨烯来增强铝基复合材料，通过离子液改性石墨烯在铝基材料中均匀分散，在铝基材料中能够形成稳定的三维网络,这种结构对铝基材料具有较好的强化和保护作用,能够极大的提高铝基复合材料的表面硬度，提高其抗冲击损伤性能，还可以在较大的温度范围内阻碍晶界的滑移,延缓复合材料高温强度的衰减,极大的改善了复合材料的力学性能，当复合材料表面形成氧化物时,能够进一步的使得复合表面抗冲击损伤得到提高，经过试验同时可以看出，现有记载的石墨烯改性方法改性得到的石墨烯对铝基材料抗冲击损伤的增强效果明显不如本发明制备的离子液改性石墨烯；本发明制备的离子液改性石墨烯增强铝基复合材料具有优异的拉伸性能，本发明制备的离子液改性石墨烯的性质与现有方法改性的石墨烯有着明显区别，主要是本发明中得到的离子液改性石墨烯的sp2杂化的碳原子晶格结构性质得到进一步的改善，从而使得离子液改性石墨烯与铝基材料不仅相容剂得到大幅度的提高，同时，与铝金属之间具有了较好的界面润湿性，能够更好的增强铝基材料性能。具体实施方式实施例1一种离子液改性石墨烯增强铝基复合材料，所述离子液改性石墨烯增强铝基复合材料中含有其质量0.282%的离子液改性石墨烯，其余为纯铝。进一步的，所述离子液改性石墨烯制备方法为：（1）采用离子能量为235kev、束流密度为160a/cm²、脉冲宽度为55ns的混合离子束组成的强流脉冲离子束在60℃的环境温度下对纳米石墨烯进行表面辐照处理，辐照处理总时间为120s，辐照次数为5次，每次辐照处理间隔为10s；（2）按重量份计，将上述经过辐照处理后的纳米石墨烯20份与有机溶剂80份、油酸2份、氧化剂0.5份、无机盐3份，在常温下将经过辐照处理后的纳米石墨烯均匀分散到有机溶剂中，然后加入油酸和氧化剂然后以1200r/min转速搅拌30min，加热至78℃，保温10min，然后再加入无机盐，以2500r/min转速搅拌2小时，再进行抽滤，依次采用无水乙醇和去离子水对抽滤产物进行清洗，烘干至恒重，得到预改性纳米石墨烯；（3）将上述得到的预改性纳米石墨烯与离子液按1:3质量比例均匀混合，添加到反应釜中，抽真空，然后加热至156℃，然后添加预改性纳米石墨烯质量1.2%的2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷，以1800r/min转速搅拌2小时，然后自然冷却至室温后，进行抽滤，依次采用无水乙醇和去离子水对抽滤产物进行清洗，烘干至恒重，得到离子液改性石墨烯。进一步的，步骤（1）所述混合离子束按质量百分比计由以下成分制成：78%h+、22%c+。进一步的，步骤（1）所述的纳米石墨烯粒度为80nm。进一步的，步骤（2）所述的有机溶剂为甲苯、四氯化碳中任一种。进一步的，步骤（2）所述的氧化剂为高氯酸钾。进一步的，所述无机盐为硫酸铝。进一步的，步骤（3）所述离子液为1-羧甲基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐与n-磺酸丁基吡啶硫酸氢盐按3:1质量比例混合制成。实施例2一种离子液改性石墨烯增强铝基复合材料，所述离子液改性石墨烯增强铝基复合材料中含有其质量0.288%的离子液改性石墨烯，其余为纯铝。进一步的，所述离子液改性石墨烯制备方法为：（1）采用离子能量为240kev、束流密度为165a/cm²、脉冲宽度为60ns的混合离子束组成的强流脉冲离子束在60℃的环境温度下对纳米石墨烯进行表面辐照处理，辐照处理总时间为120s，辐照次数为5次，每次辐照处理间隔为12s；（2）按重量份计，将上述经过辐照处理后的纳米石墨烯25份与有机溶剂85份、油酸4份、氧化剂0.8份、无机盐5份，在常温下将经过辐照处理后的纳米石墨烯均匀分散到有机溶剂中，然后加入油酸和氧化剂然后以1200r/min转速搅拌35min，加热至80℃，保温10min，然后再加入无机盐，以2500r/min转速搅拌2小时，再进行抽滤，依次采用无水乙醇和去离子水对抽滤产物进行清洗，烘干至恒重，得到预改性纳米石墨烯；（3）将上述得到的预改性纳米石墨烯与离子液按1:5质量比例均匀混合，添加到反应釜中，抽真空，然后加热至158℃，然后添加预改性纳米石墨烯质量1.5%的2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷，以1800r/min转速搅拌2小时，然后自然冷却至室温后，进行抽滤，依次采用无水乙醇和去离子水对抽滤产物进行清洗，烘干至恒重，得到离子液改性石墨烯。进一步的，步骤（1）所述混合离子束按质量百分比计由以下成分制成：78%h+、22%c+。进一步的，步骤（1）所述的纳米石墨烯粒度为80nm。进一步的，步骤（2）所述的有机溶剂为甲苯、四氯化碳中任一种。进一步的，步骤（2）所述的氧化剂为高氯酸钾。进一步的，所述无机盐为硫酸铝。进一步的，步骤（3）所述离子液为1-羧甲基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐与n-磺酸丁基吡啶硫酸氢盐按3:1质量比例混合制成。实施例3一种离子液改性石墨烯增强铝基复合材料，所述离子液改性石墨烯增强铝基复合材料中含有其质量0.285%的离子液改性石墨烯，其余为纯铝。进一步的，所述离子液改性石墨烯制备方法为：（1）采用离子能量为238kev、束流密度为162a/cm²、脉冲宽度为57ns的混合离子束组成的强流脉冲离子束在60℃的环境温度下对纳米石墨烯进行表面辐照处理，辐照处理总时间为120s，辐照次数为5次，每次辐照处理间隔为11s；（2）按重量份计，将上述经过辐照处理后的纳米石墨烯22份与有机溶剂82份、油酸3份、氧化剂0.6份、无机盐4份，在常温下将经过辐照处理后的纳米石墨烯均匀分散到有机溶剂中，然后加入油酸和氧化剂然后以1200r/min转速搅拌32min，加热至79℃，保温10min，然后再加入无机盐，以2500r/min转速搅拌2小时，再进行抽滤，依次采用无水乙醇和去离子水对抽滤产物进行清洗，烘干至恒重，得到预改性纳米石墨烯；（3）将上述得到的预改性纳米石墨烯与离子液按1:4质量比例均匀混合，添加到反应釜中，抽真空，然后加热至157℃，然后添加预改性纳米石墨烯质量1.3%的2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷，以1800r/min转速搅拌2小时，然后自然冷却至室温后，进行抽滤，依次采用无水乙醇和去离子水对抽滤产物进行清洗，烘干至恒重，得到离子液改性石墨烯。进一步的，步骤（1）所述混合离子束按质量百分比计由以下成分制成：78%h+、22%c+。进一步的，步骤（1）所述的纳米石墨烯粒度为80nm。进一步的，步骤（2）所述的有机溶剂为甲苯、四氯化碳中任一种。进一步的，步骤（2）所述的氧化剂为高氯酸钾。进一步的，所述无机盐为硫酸铝。进一步的，步骤（3）所述离子液为1-羧甲基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐与n-磺酸丁基吡啶硫酸氢盐按3:1质量比例混合制成。对比例1：与实施例1区别仅在于将离子液改性石墨烯替换为未改性处理的石墨烯。对比例2：与实施例1区别仅在于将离子液改性石墨烯替换为本发明中的预改性纳米石墨烯。对比例3：与实施例1区别仅在于将替换为申请号：201210428350.9中改性方法处理得到的石墨烯。对比例4：与实施例1区别仅在于将离子液改性石墨烯制备时不经过步骤（1）处理。对照组：纯铝。由于自由落体冲击可以较好地再现诸如维修工具坠落、设备撞击等低速冲击,故本发明采用自由落体冲击试验机对试样材料进行了冲击损伤预制，冲击时试样夹在两块中间有边长为40mm正方形孔的钢板之间，为了保证冲击时冲头能够冲击到试样的正中心区域，在下夹具的中间部分开了一个201mm×46mm×1mm的矩形槽,这样基本保证了试样的受冲击点与试样的中心点之间的距离在1mm以内，冲击锤锤体为圆柱形,其端部为半球形,直径是16mm,质量固定在2.2kg,通过调整冲头的下落高度控制冲击能量，试验前,对试样进行x-光拍摄,确保没有任何缺陷存在，试验过程中采用特殊装置避免冲击锤反弹后下落造成二次冲击）；实施例与对比例试样尺寸200×45×25（mm）；冲击能量为9j;表1凹陷深度mm损伤面积mm²实施例均值0.03555.106对比例10.218225.671对比例20.105137.257对比例30.187197.243对比例40.08898.372对照组0.38310.524由表1可以看出本发明制备的离子液改性石墨烯增强铝基复合材料具有优异的抗冲击损伤性能，本发明通过离子液改性石墨烯来增强铝基复合材料，通过离子液改性石墨烯在铝基材料中均匀分散，在铝基材料中能够形成稳定的三维网络,这种结构对铝基材料具有较好的强化和保护作用,能够极大的提高铝基复合材料的表面硬度，提高其抗冲击损伤性能，还可以在较大的温度范围内阻碍晶界的滑移,延缓复合材料高温强度的衰减,极大的改善了复合材料的力学性能，当复合材料表面形成氧化物时,能够进一步的使得复合表面抗冲击损伤得到提高，经过试验同时可以看出，现有记载的石墨烯改性方法改性得到的石墨烯对铝基材料抗冲击损伤的增强效果明显不如本发明制备的离子液改性石墨烯。试样的制备根据gb/t16865-1997专门用于指导铝、镁及其合金加工材料拉伸试验试样选取标准中的相关规定用铣床加工成矩形试样，试验速率为10mm/min；拉伸试验所使用的拉伸试验机是50kn微控电子万能试验机，型号5504，精度等级0.3，功率1.5kw，电压380v，引伸计采用与试验机相配套的0.5级引伸计；对实施例与对比例试样进行检测：表2拉伸强度/mpa实施例均值251.3对比例1194.8对比例2223.7对比例3208.5对比例4240.6对照组155.6由表2可以看出，本发明制备的离子液改性石墨烯增强铝基复合材料具有优异的拉伸性能。当前第1页12