本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種鎂基金屬復(fù)合材料，具體為一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：石墨烯具有的特殊的二維納米結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的物理性能，成為近年來研究的熱點(diǎn)。石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的單原子層厚度的二維材料，理論厚度0.335納米，具有六角形蜂巢結(jié)構(gòu)，它可包裹成零維的富勒烯、卷成一維的碳納米管、堆積成三維的石墨，是構(gòu)成其他碳質(zhì)材料的基本單元。石墨烯的這種特殊蜂窩狀晶格是由兩個(gè)等價(jià)的σ鍵結(jié)合在一起的碳原子構(gòu)成的，并且因?yàn)檫@種極強(qiáng)的碳碳鍵作用使得石墨烯具有超高的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能。石墨烯特殊的單原子層結(jié)構(gòu)決定了其豐富優(yōu)異的物理性能，其楊氏模量可達(dá)1100gpa，斷裂強(qiáng)度達(dá)到125gpa，熱導(dǎo)率達(dá)到5000j/m·k·s，電子遷移率2×105cm2/v·s。石墨烯比表面積超大，可達(dá)2630m2/g，它還具有分子霍爾效應(yīng)、兩字霍爾鐵磁性和永不消失的電導(dǎo)率等一系列性質(zhì)，石墨烯已成為目前最具前景的材料之一。由于石墨烯與金屬間潤(rùn)濕性差、易產(chǎn)生團(tuán)聚，通過石墨烯表面改性，控制石墨烯表面活性官能團(tuán)的種類及含量，增強(qiáng)了其與基體合金或中間合金的結(jié)合能力，進(jìn)而提升石墨烯在金屬基復(fù)合材料中的分散和均布。目前，石墨烯增強(qiáng)輕金屬基復(fù)合材料成形方式多集中于粉末冶金、球磨、熱擠壓等，且多處于實(shí)驗(yàn)室試樣級(jí)別的材料制備階段，難以實(shí)現(xiàn)大容量的材料制備以及產(chǎn)品成形，未來研究可向?qū)嶒?yàn)室小量試制到批量生產(chǎn)金屬基復(fù)合材料轉(zhuǎn)變方向發(fā)展。但是技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，獲得一種低溫條件下保持優(yōu)良力學(xué)性能的鎂基金屬材料，本發(fā)明提供了一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料及其制備方法。技術(shù)方案：一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料，包含以下各組分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為：改性石墨烯0.02～0.5wt.％、銅5.9～11.2wt.％、二氧化硅1.2～4.6wt.％、三氧化二鋁1.4～5.6wt.％、碳納米管1.3～7.8wt.％、鎳4.5～7.9wt.％、二氧化鈦1.3～3.8wt.％、氧化鑭1.3～4.6wt.％、余量為鎂。優(yōu)選的，改性石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為0.02～0.2wt.％。優(yōu)選的，二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為1.8～4.2wt.％。優(yōu)選的，三氧化二鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為2.1～5.0wt.％。優(yōu)選的，鎂元素與改性石墨烯的質(zhì)量比大于180。優(yōu)選的，鎂元素與碳納米管的質(zhì)量比大于30。優(yōu)選的，鎂元素與二氧化鈦的質(zhì)量比大于45。一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料的制備方法，包含以下步驟：(1)將石墨烯加入無水乙醇中，m/v為1:15～25，置于球磨機(jī)內(nèi)，分散均勻后，加入陽離子表面活性劑，超聲處理2～4小時(shí)；(2)將步驟(1)超聲處理后的體系置于40～56℃的烘箱中，去除無水乙醇，制得改性石墨烯；(3)將純鎂進(jìn)行熔化，待其熔化一半時(shí)加入改性石墨烯，在680～760℃內(nèi)保溫30～65分鐘；(4)添加銅、二氧化硅、三氧化二鋁、碳納米管、鎳、二氧化鈦和氧化鑭后保溫?cái)噭颍?60～780℃時(shí)加入精煉劑進(jìn)行精煉，精煉后靜置20～40分鐘，再加入表面活性劑，在700～720℃撇去表面浮渣，得到鎂合金熔體；(5)對(duì)鎂合金熔體進(jìn)行重力鑄造，得到鎂合金鑄件；將鑄件依次進(jìn)行固溶處理、冷卻處理和時(shí)效處理后即可制得改性石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。優(yōu)選的，固溶處理的溫度為490～530℃，時(shí)間為5～16小時(shí)。優(yōu)選的，時(shí)效處理的溫度為215～260℃，時(shí)間為20～48小時(shí)。有益效果：(1)本發(fā)明所述改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料在零下20℃條件下依然能夠保持良好的力學(xué)性能；(2)所述鎂基金屬材料抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等性能參數(shù)均得到提高，較商用級(jí)合金提高7～11％。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料，包含以下各組分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為：改性石墨烯0.02wt.％、銅5.9wt.％、二氧化硅1.2wt.％、三氧化二鋁1.4wt.％、碳納米管1.3wt.％、鎳4.5wt.％、二氧化鈦1.3wt.％、氧化鑭1.3wt.％、余量為鎂。一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料的制備方法，包含以下步驟：(1)將石墨烯加入無水乙醇中，m/v為1:15，置于球磨機(jī)內(nèi)，分散均勻后，加入陽離子表面活性劑，超聲處理2小時(shí)；(2)將步驟(1)超聲處理后的體系置于40℃的烘箱中，去除無水乙醇，制得改性石墨烯；(3)將純鎂進(jìn)行熔化，待其熔化一半時(shí)加入改性石墨烯，在680℃內(nèi)保溫30分鐘；(4)添加銅、二氧化硅、三氧化二鋁、碳納米管、鎳、二氧化鈦和氧化鑭后保溫?cái)噭颍?60℃時(shí)加入精煉劑進(jìn)行精煉，精煉后靜置20分鐘，再加入表面活性劑，在700℃撇去表面浮渣，得到鎂合金熔體；(5)對(duì)鎂合金熔體進(jìn)行重力鑄造，得到鎂合金鑄件；將鑄件依次進(jìn)行固溶處理、冷卻處理和時(shí)效處理后即可制得改性石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。固溶處理的溫度為490℃，時(shí)間為5小時(shí)。時(shí)效處理的溫度為215℃，時(shí)間為20小時(shí)。實(shí)施例2一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料，包含以下各組分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為：改性石墨烯0.12wt.％、銅6.8wt.％、二氧化硅2.9wt.％、三氧化二鋁2.8wt.％、碳納米管3.1wt.％、鎳5.6wt.％、二氧化鈦1.9wt.％、氧化鑭2.2wt.％、余量為鎂。一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料的制備方法，包含以下步驟：(1)將石墨烯加入無水乙醇中，m/v為1:20，置于球磨機(jī)內(nèi)，分散均勻后，加入陽離子表面活性劑，超聲處理3小時(shí)；(2)將步驟(1)超聲處理后的體系置于45℃的烘箱中，去除無水乙醇，制得改性石墨烯；(3)將純鎂進(jìn)行熔化，待其熔化一半時(shí)加入改性石墨烯，在715℃內(nèi)保溫40分鐘；(4)添加銅、二氧化硅、三氧化二鋁、碳納米管、鎳、二氧化鈦和氧化鑭后保溫?cái)噭颍?65℃時(shí)加入精煉劑進(jìn)行精煉，精煉后靜置25分鐘，再加入表面活性劑，在710℃撇去表面浮渣，得到鎂合金熔體；(5)對(duì)鎂合金熔體進(jìn)行重力鑄造，得到鎂合金鑄件；將鑄件依次進(jìn)行固溶處理、冷卻處理和時(shí)效處理后即可制得改性石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。固溶處理的溫度為500℃，時(shí)間為8小時(shí)。時(shí)效處理的溫度為225℃，時(shí)間為25小時(shí)。實(shí)施例3一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料，包含以下各組分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為：改性石墨烯0.3wt.％、銅8.8wt.％、二氧化硅3.2wt.％、三氧化二鋁3.9wt.％、碳納米管5.8wt.％、鎳6.9wt.％、二氧化鈦2.5wt.％、氧化鑭3.5wt.％、余量為鎂。一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料的制備方法，包含以下步驟：(1)將石墨烯加入無水乙醇中，m/v為1:22，置于球磨機(jī)內(nèi)，分散均勻后，加入陽離子表面活性劑，超聲處理3小時(shí)；(2)將步驟(1)超聲處理后的體系置于50℃的烘箱中，去除無水乙醇，制得改性石墨烯；(3)將純鎂進(jìn)行熔化，待其熔化一半時(shí)加入改性石墨烯，在730℃內(nèi)保溫50分鐘；(4)添加銅、二氧化硅、三氧化二鋁、碳納米管、鎳、二氧化鈦和氧化鑭后保溫?cái)噭颍?70℃時(shí)加入精煉劑進(jìn)行精煉，精煉后靜置30分鐘，再加入表面活性劑，在710℃撇去表面浮渣，得到鎂合金熔體；(5)對(duì)鎂合金熔體進(jìn)行重力鑄造，得到鎂合金鑄件；將鑄件依次進(jìn)行固溶處理、冷卻處理和時(shí)效處理后即可制得改性石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。固溶處理的溫度為510℃，時(shí)間為12小時(shí)。時(shí)效處理的溫度為245℃，時(shí)間為35小時(shí)。實(shí)施例4一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料，包含以下各組分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為：改性石墨烯0.5wt.％、銅11.2wt.％、二氧化硅4.6wt.％、三氧化二鋁5.6wt.％、碳納米管7.8wt.％、鎳7.9wt.％、二氧化鈦3.8wt.％、氧化鑭4.6wt.％、余量為鎂。一種改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料的制備方法，包含以下步驟：(1)將石墨烯加入無水乙醇中，m/v為1:25，置于球磨機(jī)內(nèi)，分散均勻后，加入陽離子表面活性劑，超聲處理4小時(shí)；(2)將步驟(1)超聲處理后的體系置于56℃的烘箱中，去除無水乙醇，制得改性石墨烯；(3)將純鎂進(jìn)行熔化，待其熔化一半時(shí)加入改性石墨烯，在760℃內(nèi)保溫65分鐘；(4)添加銅、二氧化硅、三氧化二鋁、碳納米管、鎳、二氧化鈦和氧化鑭后保溫?cái)噭颍?80℃時(shí)加入精煉劑進(jìn)行精煉，精煉后靜置40分鐘，再加入表面活性劑，在720℃撇去表面浮渣，得到鎂合金熔體；(5)對(duì)鎂合金熔體進(jìn)行重力鑄造，得到鎂合金鑄件；將鑄件依次進(jìn)行固溶處理、冷卻處理和時(shí)效處理后即可制得改性石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。固溶處理的溫度為530℃，時(shí)間為16小時(shí)。時(shí)效處理的溫度為260℃，時(shí)間為48小時(shí)。對(duì)實(shí)施例1～4制備獲得的改性石墨烯增強(qiáng)鎂基金屬材料進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試環(huán)境為零下20℃，結(jié)果如下表所示：實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4屈服強(qiáng)度/mpa211265252258抗拉強(qiáng)度/mpa453521498467硬度/hv67.578.973.275.2伸長(zhǎng)率/％8.112.613.211.5當(dāng)前第1頁12