一种Cu-石墨烯杂聚体增强6061合金基复合材料的制备方法与流程

本发明涉及一种利用熔炼铸造技术向6061合金熔体中加入增强体制备6061合金基复合材料的方法，属于熔炼铸造技术领域。

背景技术：

6061铝合金具有较高的强度，良好的抗腐蚀性能，加工性能极佳等优良的综合性能，广泛应用于航空航天、汽车制造、交通运输、建筑以及电子产品等领域。随着现代科技的发展，日益严苛的应用环境对6061铝合金的强度要求逐渐提高。为满足市场对铝合金轻质高强综合性能的要求，研究者们向合金基体中加入陶瓷相、碳纳米相等增强体，制备出高性能的6061铝合金基复合材料。

碳纳米材料石墨烯具有优异的物理性能和力学性能，极大的比表面积，低密度等特点，被认为是铝合金基复合材料的良好增强相。目前，石墨烯增强铝合金基复合材料的制备方法有粉末冶金、熔炼铸造、离子束溅射法等。粉末冶金和离子束溅射法制备的产品性能高，但制备工艺复杂，且生产效率低，制约了石墨烯增强铝合金基复合材料的应用发展。熔炼铸造法，具有操作简单、成本低、生产效率高等特点，是实现石墨烯增强铝合金基复合材料规模化生产的有效途径。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用熔炼铸造技术制备cu-石墨烯杂聚体增强6061铝合金基复合材料的方法，并实现6061合金基体力学性能的提高。为实现上述目的，本发明通过以下技术方案加以实现：

一种cu-石墨烯杂聚体增强6061铝合金基复合材料的制备方法，包括下列步骤：

(1)cu-石墨烯杂聚体的制备：以三水合硝酸铜为铜源，以葡萄糖为碳源，以氯化钠为模板，以铜源中的cu原子、碳源中的c原子、模板中的na原子的摩尔比为(1～3)：(10～15)：(150-200)将三种原料均匀溶于去离子水中，将溶液进行喷雾干燥得到前驱体将制得的前驱体置于管式炉中，在750℃，h2气氛中煅烧还原，用去离子水洗去煅烧产物中的氯化钠模板，然后干燥处理，干燥产物研磨成粉末，得到cu-石墨烯杂聚体。

(2)cu-石墨烯杂聚体/铝复合预压块的制备：将步骤(1)获得的cu-石墨烯杂聚体与铝粉按照质量比1：(5～20)的比例放入球磨罐中，通过球磨法制得cu-石墨烯/铝复合粉末。将制得的复合粉末冷压成块，得到cu-石墨烯杂聚体/铝复合预压块。

(3)cu-石墨烯杂聚体增强6061铝合金基复合材料的制备：将6061铝合金在720℃，氩气保护气氛中保温1～1.5h，得到完全熔融的6061铝合金熔体，将步骤(2)制得的cu-石墨烯杂聚体/铝复合预压块预热至400℃，加入到6061铝合金熔体中，保温20min，使预压块完全融化，再搅拌一定时间，浇铸到提前预热至400℃的模具中，得到复合材料铸块，再将得到的复合材料铸块置于500℃的箱式炉中保温24h做均匀化处理，空气冷却。

本方法具有以下优点：利用廉价易得的原料，结合商业化生产常用的喷雾干燥法制备cu-石墨烯杂聚体，制备过程简单，可控性强，生产效率高；利用球磨结合冷压的方法将增强体与部分铝粉制成预压块，使石墨烯杂聚体减少团聚，均匀分散，在熔炼铸造过程中减少烧损，并且喷雾干燥法制得的石墨烯杂聚体具有独特的球状结构，使其在球磨过程中仍能保留石墨烯杂聚体优良的三维结构；利用铜纳米颗粒与铝合金基体之间形成金属间化合物，改善石墨烯与基体之间的润湿性，实现石墨烯杂聚体的均匀分散，从而改善6061基体的强度，对于6061铝合金在结构材料的中的应用于发展具有积极意义。

附图说明

图1为本发明实施例1所制得的cu-石墨烯杂聚体前驱体扫描图。

图2为本发明实施例1所制得的cu-石墨烯杂聚体形貌扫描图片。

图3为本发明实施例1所制得的cu-石墨烯杂聚体透射图。

图4为本发明实施例1所制得的cu-石墨烯杂聚体拉曼测试图谱，从图中可以看出制得的cu-石墨烯杂聚体缺陷较少。

图5为本发明实施例1中制得的铝合金铸块的拉伸曲线图。

图6为本发明实施例2中制得的铝合金基复合材料铸块的拉伸曲线图。

具体实施方法

下面结合具体实例说明本发明，并不限制本发明。

实施例1

(1)将4.53g三水合硝酸铜、1.88g无水葡萄糖、73g氯化钠置于300ml去离子水中搅拌2小时至完全溶解，将所得的溶液进行喷雾干燥得到复合粉末前驱体；所得的前驱体置于管式炉中，在750℃，ar以200ml/min通10min排除空气，再通入流量为100ml/min的h2煅烧还原2小时，将所得煅烧产物水洗抽滤除去氯化钠模板，在80℃干燥，研磨，得到cu-石墨烯杂聚体，扫描和透射照片如图2，图3所示。

(2)铝粉20g置于球磨罐中，冲入氩气作为保护气氛，在行星式球磨机中低速球磨，300r/min，球磨3h，得到铝粉球磨粉末。将得到的粉末冷压成块。

(3)称取200g的6061合金块置于坩埚中，将坩埚置于熔炼炉中，氩气保护气氛中升温至720℃，保温1小时使合金块完全融化。将步骤(2)制得的球磨铝粉预压块预热至400℃，投入到合金熔体中，待预压块完全融化后，机械搅拌20分钟，最后将熔体浇铸到预热至400℃的模具中。

(4)将步骤(3)制得的复合材料铸块置于箱式炉中，500℃保温24小时，做均匀化处理。将制得的试样制成拉伸样，测试其铸态的拉伸性能为162mpa，延伸率为16％。

实施例2

(1)将4.53g三水合硝酸铜、1.88g无水葡萄糖、73g氯化钠置于300ml去离子水中搅拌2小时至完全溶解，将所得的溶液进行喷雾干燥得到复合粉末前驱体；所得的前驱体置于管式炉中，在750℃，ar以200ml/min通10min排除空气，再通入流量为100ml/min的h2煅烧还原2小时，将所得煅烧产物水洗抽滤除去氯化钠模板，在80℃干燥，研磨，得到cu-石墨烯杂聚体。

(2)将步骤(1)制得的cu-石墨烯杂聚体1g与铝粉20g置于球磨罐中，冲入氩气作为保护气氛，在行星式球磨机中低速球磨，300r/min，球磨3h，得到cu-石墨烯杂聚体/al复合粉末。将得到的复合粉末冷压成块。

(3)称取200g的6061合金块置于坩埚中，将坩埚置于熔炼炉中，氩气保护气氛中升温至720℃，保温1小时使合金块完全融化。将步骤(2)制得的cu-石墨烯杂聚体/al预压块预热至400℃，投入到合金熔体中，待预压块完全融化后，机械搅拌20分钟，最后将熔体浇铸到预热至400℃的模具中。

(4)将步骤(3)制得的复合材料铸块置于箱式炉中，500℃保温24h，做均匀化处理。将制得的试样制成拉伸样，测试其铸态的拉伸性能为187mpa，延伸率为14％。

实施例3

(1)将4.53g三水合硝酸铜、1.88g无水葡萄糖、73g氯化钠置于300ml去离子水中搅拌2小时至完全溶解，将所得的溶液进行喷雾干燥得到复合粉末前驱体；所得的前驱体置于管式炉中，在750℃，ar以200ml/min通10min排除空气，再通入流量为100ml/min的h2煅烧还原2小时，将所得煅烧产物水洗抽滤除去氯化钠模板，在80℃干燥，研磨，得到cu-石墨烯杂聚体。

(2)将步骤(1)制得的cu-石墨烯杂聚体2g与铝粉20g置于球磨罐中，冲入氩气作为保护气氛，在行星式球磨机中低速球磨，300r/min，球磨3h，得到cu-石墨烯杂聚体/al复合粉末。将得到的复合粉末冷压成块。

(3)称取200g的6061合金块置于坩埚中，将坩埚置于熔炼炉中，氩气保护气氛中升温至720℃，保温1小时使合金块完全融化。将步骤(2)制得的cu-石墨烯杂聚体/al预压块预热至400℃，投入到合金熔体中，待预压块完全融化后，机械搅拌20分钟，最后将熔体浇铸到预热至400℃的模具中。

(4)将步骤(3)制得的复合材料铸块置于箱式炉中，500℃保温24小时，做均匀化处理。将制得的试样制成拉伸样，测试其铸态的拉伸性能为177mpa，延伸率为12％。