本发明涉及金属材料制备领域，特别是涉及一种添加石墨烯提高锌铝合金硬度的方法。
背景技术：
1、锌铝共晶合金的熔点较高，耐蚀性好，且具有高机械强度。利用锌铝共晶合金作为高温钎料，连接al/al、al/cu、cu/cu、ni/ni、mg/mg衬底有着良好的效果。且锌铝共晶合金不含铅，满足欧盟环保法令的要求。应用新的微结构加工技术，锌铝共晶合金展示出的高应变率和超塑性，使其在机械减振器和抗地震器件领域具有潜在应用价值。然而，传统铸态锌铝共晶合金的硬度偏低，限制了应用。
2、石墨烯是单原子层的二维纳米材料，有许多优异的性能，如高的硬度和弹性模量、高的导电导热率、优异的介质屏障带来的耐腐蚀性等，且符合开发环保合金的要求。专利申请cn115055697a公开了一种锌铝合金-石墨烯复合粉体材料的生产方法，在锌铝合金制备过程中加入石墨烯进行复合，使材料具备了更好的屏蔽性和导电性。但该专利文献并未提及锌铝合金硬度的提高，且属于粉末冶金加工方式，不适用于金属铸造领域。粉末冶金是利用固体颗粒之间的低熔点物质加粘合剂融合成型，加工过程中只有部分物质融化，最终产品成分未变，只是粉末固结在一起；铸造是利用材料从液态到固态的相变进行成型，金属完全融化，最终产品的组织结构会发生变化。
3、又如，专利申请cn110512255b公开了一种石墨烯增强金属复合材料及其制备方法和应用，具体公开了用石墨烯包覆铜颗粒或硬质合金颗粒，以解决石墨烯团聚、提高合金硬度、耐磨性能等问题，然而，该技术适用对象为铜合金和硬质合金，主要利用电性将铜或硬质合金与石墨烯混合，获得增强相，而硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物(wc、tic)微米级粉末为主要成分，以钴(co)或镍(ni)、钼(mo)为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品，不适用于金属铸造领域，其合金特性也与锌铝合金明显不同。目前国内外并无添加石墨烯改善锌铝共晶合金硬度的相关专利。
技术实现思路
1、本申请发明人结合固态相变理论开展合金设计，将石墨烯与锌铝合金的铸造工艺相结合，设计并熔炼α+β两相结构的锌铝共晶合金，在熔炼过程中通过添加还原氧化石墨烯包覆铝粉，避免了石墨烯在熔炼过程中的团聚，保证了石墨烯在晶界区域的均匀分布，提高了熔体的形核率，得到了一种组织明显细化、还原氧化石墨烯弥散分布于晶界处、合金硬度大幅提高的锌铝合金，从而完成本发明。
2、因此，本发明的目的是提供一种添加石墨烯的锌铝合金制备方法，所述方法包括：
3、(1)采用工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜为原料，在中频感应炉中进行熔炼，采用石墨坩埚，熔炼温度500～700℃，保温时间20～40min，获得熔融的金属液；
4、(2)配制还原氧化石墨烯包覆铝粉，加入熔融的金属液中，其中，还原氧化石墨烯浓度为0.1～0.5wt％，保温3～5min，得到金属液；
5、(3)将金属液浇铸到金属型模具中，得到锌铝合金。
6、优选地，所述锌铝合金中，al、cu、zn元素的质量分数为：5％al，3％cu，余量为zn。
7、优选地，所述工业纯锌为纯度99.97％的工业纯锌。
8、优选地，所述工业纯铝为纯度99.99％的工业纯铝。
9、优选地，所述工业纯铜为纯度99.99％的工业纯铜。
10、优选地，步骤(1)中，所述熔炼在石墨坩埚中进行，熔炼温度为500℃、600℃、700℃以及它们之间的任意值。该熔炼条件可使炉料(即工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜)融化，且感应熔炼过程中优选采用电磁搅拌，效果好，减少偏析。
11、优选地，炉料全部融化后进行保温处理，温度与熔炼温度相同，时间为20min、30min、40min以及它们之间的任意值。该熔炼条件下可发生固态相变，使铸态锌铝共晶合金中获得共晶α+β相。
12、优选地，步骤(2)中，所述配制还原氧化石墨烯包覆铝粉具体包括：采用超声分散和磁力搅拌，将hummers法制备的氧化石墨烯均匀分散在去离子水中，配制成浓度为0.2mg/ml的氧化石墨烯分散液；加入工业纯铝粉，充分搅拌至溶液无色透明，过滤得到粉末；将粉末转移至酒精溶液中，磁力搅拌3min，过滤得到粉末；将粉末在真空干燥箱中50℃干燥8h后取出，获得还原氧化石墨烯包覆铝粉。该还原氧化石墨烯包覆铝粉配制条件可避免石墨烯在熔炼过程中的团聚，保证石墨烯在晶界区域的均匀分布。
13、优选地，将配制的还原氧化石墨烯包覆铝粉，加入熔融的金属液中，其中，包覆铝粉后的还原氧化石墨烯在金属液中浓度为0.1～0.5wt％，保温时间为3min、4min、5min以及它们之间的任意值。该条件是为了让还原氧化石墨烯弥散分布于α和β两相的界面处，硬化效果最优。
14、在另一方面，本发明提供了通过上述方法制备获得的锌铝合金。
15、优选地，按照iso 6507-1:2005《金属材料维氏硬度试验》规定，在试验温度为25°c，载荷为1.96n，加载时间为10s的条件下，所述锌铝合金的维氏硬度在170hv以上。
16、本发明的有益效果是：
17、本发明将石墨烯与锌铝合金的铸造工艺相结合，设计并熔炼α+β两相结构的锌铝共晶合金，在熔炼过程中通过添加还原氧化石墨烯包覆铝粉，避免了石墨烯在熔炼过程中的团聚，保证了石墨烯在晶界区域的均匀分布，提高了熔体的形核率，得到了一种组织明显细化、还原氧化石墨烯弥散分布于晶界处、合金硬度大幅提高的锌铝合金。
1.一种添加石墨烯的锌铝合金制备方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌铝合金中，al、cu、zn元素的质量分数为：5％al，3％cu，余量为zn。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述工业纯锌为纯度99.97％的工业纯锌，所述工业纯铝为纯度99.99％的工业纯铝，所述工业纯铜为纯度99.99％的工业纯铜。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述熔炼在石墨坩埚中进行，熔炼温度为500℃、600℃、700℃以及它们之间的任意值。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，炉料全部融化后进行保温处理，温度与熔炼温度相同，时间为20min、30min、40min以及它们之间的任意值。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述配制还原氧化石墨烯包覆铝粉具体包括：采用超声分散和磁力搅拌，将hummers法制备的氧化石墨烯均匀分散在去离子水中，配制成浓度为0.2mg/ml的氧化石墨烯分散液；加入工业纯铝粉，充分搅拌至溶液无色透明，过滤得到粉末；将粉末转移至酒精溶液中，磁力搅拌3min，过滤得到粉末；将粉末在真空干燥箱中50℃干燥8h后取出，获得还原氧化石墨烯包覆铝粉。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将配制的还原氧化石墨烯包覆铝粉，加入熔融的金属液中，其中，包覆铝粉后的还原氧化石墨烯在金属液中浓度为0.1～0.5wt％，保温时间为3min、4min、5min以及它们之间的任意值。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法获得的锌铝合金。
9.根据权利要求8所述的锌铝合金，其特征在于，按照iso 6507-1:2005《金属材料维氏硬度试验》规定，在试验温度为25℃，载荷为1.96n，加载时间为10s的条件下，所述锌铝合金的维氏硬度在170hv以上。