一种石墨烯增强铝合金抗拉导热复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，特别是一种石墨烯增强铝合金抗拉导热复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子组成的单原子层结构的材料，石墨烯具有十分优异的性能，抗拉强度高达130GPa，是普通钢强度的100倍以上；导热系数约5 000W/(mK)，是金刚石的2.5倍，凭借其独特的机械、电学、化学及光学等方面的优异性能，受到材料界的极大重视。相比于传统增强体，石墨烯具有最低的密度、最高的导热性能、最优良的力学性能，因此石墨烯自发现起就被认为是一种非常有发展前途的增强体材料。石墨烯的应用为进一步提高包括铝合金在内的传统材料的导热性、机械强度等性能，实现高性能化、轻质化提供了新的解决途径。
但石墨烯增强铝合金复合材料的制备存在两大技术难题：一是石墨烯具有比较大的比表面能，使得石墨烯容易发生聚集，不能均匀的分散在铝基体中，二是石墨烯与铝基体界面结合问题，石墨烯与铝合金界面浸润性较差，不能很好结合，而且若制备温度太高，石墨烯会与铝合金产生Al4C3，进一步的影响石墨烯与铝合金的界面结合，进而影响复合材料的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯增强铝合金抗拉导热复合材料的制备方法，以实现石墨烯的均匀分布，减少Al4C3的产生，最后达到石墨烯增强材料抗拉和导热性能的效果。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种石墨烯增强铝合金抗拉导热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将石墨烯与无水乙醇溶液混合，得到分散均匀的石墨烯溶液；
步骤2、将铝合金粉末添加到石墨烯溶液中，经球磨处理后，将混合溶液置于真空干燥箱中烘干，得到石墨烯铝合金复合粉末；
步骤3、将石墨烯/铝合金复合粉末装入到模具中，冷压得到石墨烯/铝合金复合材料；
步骤4、将石墨烯/铝合金复合材料放入热压烧结炉中，将材料进行真空热压处理，自然冷却后，得到石墨烯增强铝合金复合材料。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：能够实现
第一、通过超声波和球磨的方法，能够实现石墨烯在铝合金中的均匀分布。
第二、通过冷压和真空热压结合的方式成型，能够实现使石墨烯进一步分散并形成有取向的结构，有利于发挥石墨烯的增强效果；
第三、通过冷压和真空热压结合的方式成型，能够实现复合材料组织致密度提高，进而提高复合材料性能。
第四、通过使石墨烯形成有取向的结构，能够实现复合材料抗拉和导热性能的提高。
附图说明
图1为本发明提供的制备石墨烯铝合金复合材料的工艺流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案做进一步的介绍。
步骤1、将石墨烯与无水乙醇溶液混合，利用超声波震荡制备出分散的石墨烯均匀溶液，超声波工作的时间超过30分钟；
步骤2、将铝合金粉末添加到石墨烯溶液中，然后装入球磨罐进行机械球磨，球磨时间为3-5小时、转速为300rpm、球料比为10～20：1；球磨罐气氛为氮气或氩气等惰性气体，球磨结束后将混合溶液装入烧杯置于真空干燥箱中烘干，干燥温度为60～80℃、干燥时间为3～5小时，得到石墨烯铝合金复合粉末。
步骤3、将石墨烯/铝合金复合粉末装入到模具中，冷压得到石墨烯/铝合金复合材料，压力为200Mpa，保压5～10分钟。
步骤4、将石墨烯/铝合金复合材料放入热压烧结炉中，将材料进行热压处理，真空度为0.001Pa，热压温度为560～600℃，压力为100Mpa，时间为2小时，自然冷却后，得到所述石墨烯增强铝合金复合材料。
优选的是，铝合金粉末直径为30～100μm，可以为铝合金粉末或纯铝粉末。
优选的是，所述混合粉末中石墨烯的质量分数为0.1％～5％，铝合金的质量分数为95％～99.9％。
实施例1
本实施例中的石墨烯增强纯铝抗拉导热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照石墨烯质量分数1％称量石墨烯粉，再将制备的石墨烯加入无水乙醇溶剂中超声分散1小时；
步骤2、精确称量纯铝粉，铝粉粒径为30，加入上述石墨烯悬浮液，然后装入球磨罐进行机械球磨，球磨罐中充入氮气，球磨时间为5小时，转速为300rpm，球磨结束后将混合溶液装入烧杯置于真空干燥箱中烘干，干燥温度为80℃，干燥时间为5小时，得到石墨烯/铝粉复合粉末；
步骤3、将石墨烯/铝合金复合粉末装入模具中，冷压成型，压力为200Mpa,保压5分钟；
步骤4、将石墨烯/铝合金复合材料放入热压烧结炉中，当真空度为0.001Pa时，将材料进行热压处理，热压温度为580℃，压力为100Mpa，时间为2小时，自然冷却后，得到所述石墨烯增强铝合金复合材料。
本实施例可以将纯铝粉与石墨烯均匀混合，通过石墨烯的增强效果，可以有效提高材料的导热和抗拉性能。
实施例2
本实施例中的石墨烯增强铝合金6063的制备方法，包括如下步骤：
(1)、按照石墨烯质量分数0.5％称量石墨烯粉，再将制备的石墨烯加入无水乙醇溶剂中超声分散1小时；
(2)、精确称量6063铝合金粉末，铝粉粒径为30μm，加入上述石墨烯悬浮液，然后装入球磨罐进行机械球磨，球磨罐充入氮气，球磨时间为5小时，转速为300rpm，球磨结束后将混合溶液装入烧杯置于真空干燥箱中烘干，干燥温度为80℃，干燥时间为5小时，得到石墨烯/铝粉复合粉末；
(3)、将石墨烯/铝合金复合粉末装入模具中，冷压成型，压力为200Mpa,保压5分钟；
(4)、将石墨烯/铝合金复合材料放入热压烧结炉中，当真空度为0.001Pa时，将材料进行热压处理，热压温度为600℃，压力为100Mpa，时间为2小时，自然冷却后，得到所述石墨烯增强铝合金复合材料。
与现有技术相变，本发明方法解决了石墨烯与铝合金基体难以结合的问题，通过本工艺可以较精确的控制石墨烯的添加量，同时通过热压使石墨烯进一步形成有取向的结构，铝合金抗拉和导热性能显著提高。
