一种铜基烯合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种稀合金，具体涉及一种铜基稀合金。
【背景技术】
[0002] 石墨烯是一种新型二维纳米材料，其纳米片是由sp2杂化碳原子组成的单原子层 厚度的二维材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，强度高达1.OlTpa，是结构钢的 100倍，密度却是结构钢的1/5。导热系数高达5300W/m*K，高于碳纳米管和金刚石，常温下 电子迀移率超过200000cm2/V?S，高于纳米碳管或硅晶体，电阻率只约1Q?m，比铜或银更 低，为世上电阻率最小的材料。
[0003] 石墨稀属于纳米级材料，具有表面活性，易与其他材料粒子结合。纳米粒子最主要 的应用是作为其他非纳米材料改性时的填充材料，但很多的纳米粒子制取和保存都相对困 难，石墨烯比较便于大规模制取和保存，因此可以用作其他材料改性时的填充材料。由于石 墨烯的韧性和强度及表面活性，当作为填充材料时，可使石墨烯成为其他基础材料晶粒之 间的隐性焊接材料，在晶粒界面形成链桥效应。基础材料晶粒间通过石墨烯表面活性作用， 形成晶粒界面呈现无缝隙连接的形态。基础材料中的晶粒界面形成无缝隙连接后，在外力 作用时，其晶界滑移现象减少，抗应力能力增加，从而使得被填充的基础材料的强度随着抗 应力能力的提尚而增强。
[0004] 传统工艺方法已很难提高金属材料的强度，使用密度小强度大的石墨烯作为增强 材料，提高金属材料强度的同时还能降低材料的密度。将石墨烯复合到铝、钛、镁等金属材 料中，可以得到轻质高强、兼备导电、导热等功能特性的结构功能一体化的复合材料。
[0005] 2014年05月08日，中航工业航材院的科研人员在国际石墨烯研究领域首创一类 具有优异性能的新型合金材料"烯合金"材料。
[0006] 铜基复合材料的比强度和比刚度高，热膨胀系数低，且具有良好的高温性能和耐 磨性。目前铜基复合材料的增强填料主要为颗粒增强填料和纤维增强填料。纤维增强填料 不仅提高了铜基体的强度，还改善了塑性。碳纳米管是一种重要的铜基纤维增强填料，但其 生产成本较高，石墨烯的成本低且轻质高强。
[0007] 但石墨烯存在尺寸较小，比表面积大，很难分散，很容易团聚的问题，严重影响烯 合金的性能。目前石墨烯增强金属基复合材料的工艺均存在产量低的问题，很难形成大规 模生产。
【发明内容】
[0008] 为克服现有烯合金存在的上述缺陷，本发明提供了一种铜基烯合金，石墨烯纳米 片均匀弥散的分布到铜和/或铜合金基体中。
[0009] 为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：
[0010] 一种铜基烯合金，铜基烯合金包括如下重量百分比的组分：石墨烯0. 1%~5%， 铜和/或铜合金为余量。
[0011] 进一步的，铜基稀合金包括石墨稀0? 1 %~3. 0%。
[0012] 进一步的，铜基稀合金包括石墨稀0? 1 %~1. 0%。
[0013] 进一步的，铜基稀合金包括石墨稀0? 1 %~0? 5%。
[0014] 进一步的，铜基稀合金包括石墨稀0? 1 %~0? 3%。
[0015] 进一步的，铜和/或铜合金粉体的粒径为5~100ym。
[0016] 进一步的，铜和/或铜合金粉体的粒径为5~20ym。
[0017] 进一步的，铜合金包括如下重量百分比的组分：镍（Ni)彡0. 2%，铁（Fe)彡0. 05， 铅（Pb)彡0? 01，锑（Sb)彡0? 005,铋（Bi)彡0? 002,杂质总和％彡0? 5,铜（Cu)余量。
[0018] -种铜基烯合金的制备方法包括如下步骤：
[0019]a_l)制备石墨烯单分散溶液；
[0020] a-1-l)配置溶液；
[0021] a-1-2)将石墨烯溶入溶液；
[0022] a-1-3)将步骤a-1-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器中搅拌；
[0023]a-2)将铜和/或铜合金粉体加入到步骤a-1)所得石墨烯单分散溶液；
[0024]a-3)将步骤a-2)所得石墨烯和铜和/或铜合金混合溶液放入球磨罐中球磨20~ 40h；
[0025]a-4)将步骤a-3)制得的混合溶液于50~60°C和搅拌下烘干；
[0026]b)将步骤a)得到的石墨烯和铜和/或铜合金混合粉体装入制备好的不锈钢包套 内（包套内径为80~120mm，包套内腔高度为85~300mm);
[0027]c)将包套加热至700~750°C后进行真空除气2~4h至真空度为1. 0X10 3Pa， 将包套砸瘪，焊接密封；
[0028]d)将步骤c)得到的密封的包套进行热等静压，温度700°C~900°C，压力100~ 200MPa，保温保压时间为2~4h;
[0029]e)将热等静压后的包套进行机械加工，车削去掉包套皮，得直径为55~85mm，高 度为55~200mm的圆柱形预制锭；
[0030]f)在惰性气体的保护氛围中将与步骤a)铜和/或铜合金粉末相同的铜和/或铜 合金加入坩埚后加热坩埚至该铜和/或铜合金熔点之上30°C~80°C得到铜和/或铜合金 熔体；
[0031]g)在惰性气体的保护氛围中保持坩埚温度不变将步骤e)得到的圆柱形预制锭加 入坩埚得到熔融有圆柱形预制锭的铜和/或铜合金熔体，经搅拌后将铜基烯合金熔体迅速 浇铸到石墨模具中，在惰性气体的保护氛围中空冷至室温得到铜基烯合金铸锭；
[0032]h)将步骤g)得到的铜基烯合金铸锭进行均匀化处理，温度为700°C~900°C下保 温24~48h，用吨位200~500t的挤压机以挤压比为15 : 1~20 : 1进行热挤压，得到 铜基稀合金棒材。
[0033] 步骤a-2)中铜和/或铜合金粉体的粒径为5~100ym。
[0034] 步骤a-1-l)中配置的有机溶剂的重量为石墨烯的19~191倍；所述有机溶剂为 从乙醇、NMP、聚乙二醇或PVP中选出的一种或多种，所述有机溶剂水溶液中有机溶剂的质 量百分比为20%~100%。
[0035] 步骤a-1-3)将步骤a-1-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器中进行溶液 搅拌的时间彡2h。
[0036] 步骤a_3)中球磨罐中球料10:1~15:1，所述球磨机的转速彡300r/min，所 述球磨机的磨球为高碳铬轴承钢质材料磨球。
[0037] 步骤a-4)中烘干过程中烘干温度为50~60°C，烘干的同时进行机械搅拌。
[0038] 步骤f)和g)中惰性气体为SF6+N2，两种气体体积比为1:3。
[0039] 将步骤g)得到的铜基烯合金铸锭进行均匀化处理，温度为700°C~900°C下保温 24~48h，用乳钢机乳制成型，得到铜基烯合金板材。
[0040] 铜基烯合金包括如下重量百分比的组分：石墨烯0.5%~5%，铜和/或铜合金为 余量。
[0041] 由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
[0042] 1.本发明的一种铜基稀合金，通过高能球磨的方式，通过球磨珠的碰撞，将石墨稀 均匀分散，解决了石墨烯容易团聚不易分散的问题，将石墨烯与铜和/或铜合金粉末镶嵌 到一起，使得石墨稀与铜和/或铜合金粉末粉末均勾的混合。
[0043] 2.本发明的一种铜基稀合金，通过高能球磨的将石墨稀镶嵌到铜和/或铜合金粉 末表面，将石墨烯均匀分散于铜和/或铜合金基体中，实现了石墨烯与铜和/或铜合金界面 的牢固结合，石墨烯与铜和/或铜合金粉末粉末具有良好的结合界面，为石墨烯与铜和/或 铜合