CN105779796A - 稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料及其制备方法 - Google Patents

稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料，其中，稀土镁合金包含：Gd和Y，占复合材料总重量的7％-16％；La、Ce、Pr和Nd中的一种或几种，占复合材料总重量的1％-2％；Ti，占复合材料总重量的0-0.5％；Cu、Ni和Si中的至少一种，占复合材料总重量的0-0.5％；Zr，占复合材料总重量的0.2％-1.2％；且石墨烯和碳纳米管的总重量占复合材料的0.2％-5％。其制备方法为：首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金；按比例进行合金熔炼获得混合浆料；进行半固态挤压成形，获得锭坯；将锭坯车削后重熔，喷射成形重新形成铸锭；将铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料；进行固溶处理，等温塑性变形；再进行时效处理并冷却，最终形成复合材料。该复合材料强度高，强韧性好，具有较强的淬透能力。

Description

稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法，尤其涉及一种稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料及其制备方法。
背景技术
镁是地球上储量丰富，在自然界广泛分布的一种轻质碱土元素，纯镁密度仅为1.74g/cm3，化学性质活泼，也是人体的必需元素之一。通过对纯镁进行合金化，得到可工程应用的镁合金，具有密度小，比强度高，电磁屏蔽性能好，易于回收等优点；但同时相比于其他合金而言，绝对强度较低，耐热性差，容易氧化和腐蚀等缺点，限制了镁合金大规模工业化应用。所以镁合金发展一直以追求高强、耐热、耐腐蚀为目标。随着国防建设和科技进步，镁合金用量逐渐增大。在武器装备、航空航天、电子、汽车等领域开始广泛使用。一方面是追求更轻、更快的武器需求，另一方面是节能、环保的能源及环境所迫，均为镁合金的发展提供了强大的动力。
20世纪30年代初，出于战争需要，密度小，强度较高的稀土镁合金开始受到关注，并开发出能够在300℃以上工作的Mg-Ho系合金，该合金系具有中等强度室温力学性能，优越抗蠕变性能，曾被用于武器装备和航天领域。随后，利用Y在镁中固溶度较高，可热处理强化的特点，开发出室温强度高、蠕变性能优良的Mg-Y系合金，该合金经热处理后，耐蚀性大幅度提高，可与当时许多铸造铝合金相媲美。70年代，发现Gd在镁中拥有比Y更大的固溶度，在提高镁合金的强度方面优于Y元素。Mg-Gd系合金逐渐受到人们关注，但由于Gd密度高，降低了镁合金轻质特性，Mg-Gd二元系合金应用受到限制。因此，研究人员在Mg-Gd二元系合金基础上，添加Y、Nd等元素，结合多种工艺手段，在降低Gd含量的同时，又保证了合金的优良性能，提出了Mg-Gd多元系合金的开发思路。其中，Mg-Gd-Y合金具有出色的室温及高温性能，可在200℃-300℃条件下使用，具有明显优势。
变形镁合金的强化主要由以下几方面共同决定，第一，细晶强化，合金经过变形后，发生动态再结晶，根据Hall-Petch关系，合金强度与晶粒尺寸呈反比，而镁合金的K值系数是铝合金的3-4倍，因此，细晶强化是镁合金的重要强化方式；第二，时效强化，变形镁合金在后续时效过程中，先行固溶的合金元素会沿着一定方向析出，阻碍晶界及位错运动，进而提高合金的强度；第三，加工硬化，主要是镁合金的塑性变形，形成高密度的位错，由于镁合金的滑移系较少，位错易发生缠结，并且很难跳出，在后续的变形过程中进一步降低位错运动能力，最终实现提高合金强度的效果。以上可以发现，提高镁合金强度的方法主要集中在增加缺陷(线缺陷、面缺陷)，又或者是阻碍缺陷的运动。
稀土变形镁合金是目前研究的热点，一方面其耐热性能是其他类型镁合金无法媲美的，另外其稳定的力学性能是工程化应用所需的重要指标。因此，许多科研机构都将精力投入到开发高强耐热镁合金中，由于该领域一直处于空白，新型合金牌号的开发是目前稀土变形镁合金研究的主要方向，并且，绝大多数新开发的合金都是实验室条件下获得的，而工程化生产并获得应用的稀土变形镁合金少之又少，因此对其中出现的工程性问题没有真正的认识和理解。我们团队在之前的稀土变形镁合金制备过程中，发现大尺寸的稀土镁合金热变形后淬火，心部难于淬透，心部及边部力学性能差距很大，截面尺寸越大，这种差异越显著。
分析原因，主要是稀土镁合金的耐热效应所导致。由于稀土元素在镁中有较大的固溶度，有明显的热处理强化效果，因此，一般的稀土变形镁合金的制备方法为熔铸-均匀化-塑性变形-淬火-时效，在前期的均匀化过程中，大量的共晶组织分解回溶，形成了过饱和固溶体，而溶质原子的回溶，造成对电子运动的阻碍，必然导致了合金的导电和导热性能下降。稀土含量越高，均匀化后的过饱和程度越高，导电导热性能也越低，因此造成了大截面尺寸镁合金的心部淬不透，自然会造成合金性能的显著差异。另外，由于变形镁合金晶粒明显细化，合金的晶界增多，导致对电子的散射增加，最终引起了合金淬透性变差。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种内外性能差异较小、淬透性好的稀土镁合金复合材料，即提供一种稀土镁合金基-石墨烯(CNP)-碳纳米管(CNT)复合材料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料，其中，稀土镁合金包含：Gd和Y，占复合材料总重量的7％-16％；La、Ce、Pr和Nd中的一种或几种，占复合材料总重量的1％-2％；Ti，占复合材料总重量的0-0.5％；Cu、Ni和Si中的至少一种，占复合材料总重量的0-0.5％；Zr，占复合材料总重量的0.2％-1.2％；且石墨烯和碳纳米管的总重量占复合材料的0.2％-5％。
石墨烯作为一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率仅约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世界上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。因此，本发明将石墨烯添加到稀土镁合金中，利用其较高的导热性能，提高稀土镁合金的淬透性。
另外，将碳纳米管添加到镁合金中，可表现出良好的强度和韧性，是极具发展前景的一类复合材料。本发明将石墨烯和碳纳米管这两类增强体加到稀土镁合金中，一方面利用稀土元素可热处理强化的特点，另一方面，利用石墨烯及碳纳米管的高导热性，开发出内外性能差异较小的一类稀土镁合金-石墨烯-碳纳米管复合材料，可以有效提高镁合金的综合性能并可扩大其应用范围。
在本发明的复合材料中，石墨烯的含量大于碳纳米管的含量，碳纳米管可以是单壁或多壁碳纳米管。
一种所述复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纯镁熔化，并将镁-稀土-碳纳米管-石墨烯(Mg-RE-CNT-CNP)中间合金加入纯镁中熔炼，熔炼温度为700℃-850℃，其他合金元素按照比例辅助补充添加，且Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，温度控制在800℃-850℃，然后冷却至700℃，得到混合浆料；
(2)将上述混合浆料降温至600-650℃进行半固态挤压成形，获得锭坯；
(3)将锭坯车削后重熔，重熔后铸锭温度不高于800℃，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭，整个过程中保护气体为氩气及四氟乙烷的混合气体，体积比为15-20∶1；
(4)将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料；
(5)将预制坯料进行固溶处理，然后进行等温塑性变形；
(6)变形后的材料进行时效处理并冷却，最终形成复合材料。
所述Mg-RE-CNT-CNP中间合金的制备过程为：将纯镁温度升高至750-850℃，添加稀土RE，在稀土完全熔化后且熔体温度不高于800℃时添加碳纳米管CNT及石墨烯CNP；将中间合金在450-550℃进行保温24-48h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在450-550℃下再保温24-48h后，直接进行挤压，挤压比不低于20，然后迅速水冷。
所述步骤(1)熔炼过程中的保护气体为氩气及四氟乙烷(R134a)的混合气体，体积比为15-20∶1。
所述步骤(5)中，固溶温度不低于540℃，保温时间在4-24h之内，视铸锭大小不同进行调整，并结合多级处理工艺进行固溶；等温塑性变形包括挤压、锻造或轧制中的一种或几种。
所述步骤(6)中，时效温度为160-220℃，时间为6-24h。
本发明在复合材料的制备中，将稀土镁合金熔体与石墨烯、碳纳米管的混合浆料采用半固态的方式进行挤压成形，在触变成形过程中合金可以保持较为均匀的晶粒以及较高的致密性。将挤压成形后的锭坯重熔搅拌后，利用喷射成形铸造合金，可以使石墨烯和碳纳米管这两类增强体均匀分布，弥补了由于半固态挤压导致增强体聚集的问题。将铸锭进行致密化处理后，可以最大程度的使得合金的密度增加，提高合金的塑性变形能力。变形前的固溶处理，是为了让合金中的稀土元素能够回溶，在后续析出过程中可以有效提高合金的时效强化能力。
本发明的优点在于：
与现有技术相比，本发明所提供的稀土镁基-石墨烯-碳纳米管复合材料具有强度高，强韧性好，特别是较强的淬透能力的优点，可广泛地应用于航天航空零部件，特别是大尺寸截面材料等方面。
具体实施方式
下面根据实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至780℃，添加稀土，稀土总质量约为30％，Gd、Y总量为25％，La、Ce总量为5％；CNT及CNP总量为8％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为780℃时进行添加；将中间合金在550℃进行保温48h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在550℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y La Ce Zr Ti Si CNP CNT
含量(wt％) 6 3 0.2 0.8 0.3 0.2 0.1 1.2 0.6
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在830℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至630℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为750℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度为540℃，保温时间为8h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在200℃下进行时效，时间为15h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金复合材料。
此稀土镁合金复合材料的断裂强度470MPa，导热系数为80W/m·K。
实施例2
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至800℃，添加稀土，稀土总质量约为28％，Gd、Y总量为22％，La、Ce总量为6％；CNT及CNP总量为10％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为800℃时进行添加；将中间合金在500℃进行保温48h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在500℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y La Ce Zr Ti Si CNP CNT
含量(wt％) 8 5 0.4 0.6 0.2 0.3 0.1 0.7 0.3
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在820℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至620℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为750℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度545℃，保温时间为10h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在210℃下进行时效，时间为12h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金复合材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到500MPa，导热系数为70W/m·K。
实施例3
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至760℃，添加稀土，稀土总质量约为26％，Gd、Y总量为22％，La、Ce、Pr总量为4％；CNT及CNP总量为12％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为780℃时进行添加；将中间合金在500℃进行保温36h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在500℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y La Pr Ce Zr Cu Si CNP CNT
含量(wt％) 7.5 4 0.4 0.3 0.6 0.25 0.2 0.1 1.5 0.8
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在810℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至625℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为725℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度550℃，保温时间为14h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在210℃下进行时效，时间为16h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金复合材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到520MPa，导热系数为76W/m·K。
实施例4
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至760℃，添加稀土，稀土总质量约为33％，Gd、Y总量为28％，La、Pr、Ce总量为5％；CNT及CNP总量为5％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为790℃时进行添加；将中间合金在500℃进行保温36h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在500℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y La Pr Ce Zr Cu Si CNP CNT
含量(wt％) 5 8 0.7 0.5 0.3 0.3 0.1 0.2 2.0 1.1
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在830℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至645℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为760℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度540℃，保温时间为16h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在160℃下进行时效，时间为24h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金复合材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到480MPa，导热系数为80W/m·K。
实施例5
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至780℃，添加稀土，稀土总质量约为30％，Gd、Y总量为25％，Pr、Ce总量为5％；CNT及CNP总量为6％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为780℃时进行添加；将中间合金在520℃进行保温36h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在500℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y Pr Ce Zr Ti Si CNP CNT
含量(wt％) 7.5 4 0.5 0.8 0.6 0.2 0.3 2.5 1.0
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在850℃以上，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至640℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为760℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度545℃，保温时间为8h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在200℃下进行时效，时间为20h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金复合材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到470MPa，导热系数为80W/m·K。
实施例6
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至760℃，添加稀土，稀土总质量约为35％，Gd、Y总量为25％，Pr、Ce总量为10％；CNT及CNP总量为6％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为780℃时进行添加；将中间合金在530℃进行保温36h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在530℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y Pr Ce Zr Ti Ni CNP CNT
含量(wt％) 7.5 4 0.8 0.6 1.0 0.4 0.3 3 1.5
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在840℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至640℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为750℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度545℃，保温时间为12h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在175℃下进行时效，时间为20h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到470MPa，导热系数为85W/m·K。
实施例7
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至820℃，添加稀土，稀土总质量约为30％，Gd、Y总量为25％，La、Pr总量为5％；CNT及CNP总量为5％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为780℃时进行添加；将中间合金在535℃进行保温36h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在535℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y Pr La Zr Ti Cu CNP CNT
含量(wt％) 7.5 4 0.8 0.6 1.0 0.1 0.1 0.8 0.2
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在800℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至650℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为720℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度555℃，保温时间为6h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在190℃下进行时效，时间为18h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到475MPa，导热系数为90W/m·K。
实施例8
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至820℃，添加稀土，稀土总质量约为32％，Gd、Y总量为28％，Ce总量为4％；CNT及CNP总量为5％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为780℃时进行添加；将中间合金在535℃进行保温36h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在535℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y Ce Zr Ti Ni CNP CNT
含量(wt％) 7.5 7.5 0.6 0.5 0.1 0.2 3.0 1.5
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在845℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至610℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为770℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度555℃，保温时间为8h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在180℃下进行时效，时间为20h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到485MPa，导热系数为80W/m·K。
实施例9
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至820℃，添加稀土，稀土总质量约为25％，Gd、Y总量为20％，Pr、Nd、Ce总量为5％；CNT及CNP总量为7％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为780℃时进行添加；将中间合金在535℃进行保温36h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在535℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y Pr Nd Ce Zr Ti Ni Cu CNP CNT
含量(wt％) 8.0 2.0 0.2 0.5 0.3 0.3 0.1 0.1 0.1 2.5 2.0
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在850℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至650℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为780℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度560℃，保温时间为5h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在220℃下进行时效，时间为8h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到485MPa，导热系数为80W/m·K。
实施例10
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至820℃，添加稀土，稀土总质量约为25％，Gd、Y总量为20％，Ce总量为5％；CNT及CNP总量为7％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为780℃时进行添加；将中间合金在535℃进行保温36h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在535℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体，并将稀土镁合金熔体与石墨烯及碳纳米管增强体混合得到混合浆料。
成分 Gd Y Ce Zr Ni Si Cu CNP CNT
含量(wt％) 6.0 6.0 1.2 0.3 0.1 0.1 0.1 1.4 0.4
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在840℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至615℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为780℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度570℃，保温时间为4h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在220℃下进行时效，时间为6h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到485MPa，导热系数为95W/m·K。
实施例11
1、首先制备Mg-RE-CNT-CNP中间合金，纯镁温度升高至850℃，添加稀土，稀土总质量约为25％，Gd、Y总量为20％，La、Ce、Pr总量为5％；CNT及CNP总量为7％，且在稀土完全熔化后且熔体温度为780℃时进行添加；将中间合金在550℃进行保温36h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在535℃下再保温48h后，直接进行挤压，挤压比为20，然后迅速水冷。
2、按照下表中的成分及含量进行熔炼得到稀土镁合金熔体。
成分 Gd Y Pr Ce La Zr Ni Si CNP CNT
含量(wt％) 3.0 7.5 0.2 0.5 0.3 0.2 0.1 0.2 0.4 0.1
熔炼过程中的保护气体为氩气及R134a的混合气体，体积比为20∶1，主元素及其他合金元素按照比例辅助补充添加，Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，最终熔炼温度控制在835℃，然后降温至700℃。
3、将上述混合浆料继续降温至640℃，采用半固态的方式进行挤压成形，得到金属锭。
4、将金属锭车削后重熔，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭。整个过程中仍然需要有气体保护，保护气氛同上，重熔后铸锭温度为800℃，搅拌均匀后转移到喷射成形设备中，喷射沉积获得铸锭。
5、将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料。
6、将预制坯料进行固溶处理，温度560℃，保温时间为4.5h，然后进行挤压。
7、变形后的材料在180℃下进行时效，时间为18h，冷却，最终形成含有上述两种增强体的稀土镁合金材料。
此稀土镁合金复合材料断裂强度达到485MPa，导热系数为100W/m·K。

Claims (9)

1.一种稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料，其特征在于，其中的稀土镁合金包含：Gd和Y，占复合材料总重量的7％-16％；La、Ce、Pr和Nd中的一种或几种，占复合材料总重量的1％-2％；Ti，占复合材料总重量的0-0.5％；Cu、Ni和Si中的至少一种，占复合材料总重量的0-0.5％；Zr，占复合材料总重量的0.2％-1.2％；且石墨烯和碳纳米管的总重量占复合材料的0.2％-5％。
2.根据权利要求1所述的稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料，其特征在于：石墨烯的含量大于碳纳米管的含量。
3.根据权利要求1或2所述的稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料，其特征在于：所述碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。
4.一种权利要求1所述的稀土镁合金基-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将纯镁熔化，并将Mg-RE-CNT-CNP中间合金加入纯镁中熔炼，熔炼温度为700℃-850℃，其他合金元素按照比例辅助补充添加，且Zr以Mg-Zr中间合金的方式最后添加，温度控制在800℃-850℃，然后冷却至700℃，得到混合浆料；
(2)将上述混合浆料降温至600-650℃进行半固态挤压成形，获得锭坯；
(3)将锭坯车削后重熔，重熔后铸锭温度不高于800℃，充分搅拌后，利用喷射成形的方法重新形成铸锭，整个过程中保护气体为氩气及四氟乙烷的混合气体，体积比为15-20∶1；
(4)将获得的铸锭进行热等静压，去皮，获得预制坯料；
(5)将预制坯料进行固溶处理，然后进行等温塑性变形；
(6)变形后的材料进行时效处理并冷却，最终形成复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述Mg-RE-CNT-CNP中间合金的制备过程为：将纯镁温度升高至750-850℃，添加稀土RE，在稀土完全熔化后且熔体温度不高于800℃时添加碳纳米管CNT及石墨烯CNP；将中间合金在450-550℃进行保温24-48h后，进行多向锻造；将锻造后的合金在450-550℃下再保温24-48h后，直接进行挤压，挤压比不低于20，然后迅速水冷。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，熔炼过程中的保护气体为氩气及四氟乙烷的混合气体，体积比为15-20∶1。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中的固溶温度不低于540℃，保温时间在4-24h之内，视铸锭大小不同进行调整，并结合多级处理工艺进行固溶。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中的等温塑性变形包括挤压、锻造或轧制中的一种或几种。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中的时效温度为160-220℃，时间为6-24h。
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