CN106756572B - 一种高导电率的复合金属材料及其制备方法 - Google Patents

一种高导电率的复合金属材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高导电率的复合金属材料及其制备方法，其复合金属材料包括基体和石墨烯层，基体由以下金属材料按照重量百分比组成：银为2.8wt%‑3.4wt%，铝为1wt%‑2.6wt%，钴为2wt%‑2.8wt%，镍为2.8wt%‑3.4wt%，钙为3wt%‑3.6wt%，锡为1wt%‑2.4wt%，铜为4wt%‑8wt%，余量为铁；其制备方法，包括以下步骤：S1：将基体中的各种金属原料投入真空高温熔炼炉中，真空高温熔炼炉的温度设置为1200‑1500℃以及压强设置为100‑500Pa，此时真空高温熔炼炉中的升温速率为50‑80℃/min，即可得到片状基体。本发明中基体的金属组成材料包含铁、钴、镍等金属材料，便于石墨烯层的生长，使得复合金属材料具有较强的防腐蚀能力和较高的导电率，且石墨烯层通过活化处理，进一步的提高了复合金属材料的导电率。

Description

一种高导电率的复合金属材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合金属材料技术领域，尤其涉及一种高导电率的复合金属材料及其制备方法。
背景技术
合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。合金一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。合金的生成常会改善元素单质的性质，例如，钢的强度大于其主要组成元素铁。合金的物理性质，例如密度、反应性、杨氏模量、导
电性和导热性可能与合金的组成元素尚有类似之处，但是合金的抗拉强度和抗剪强度却通常与组成元素的性质有很大不同。正因为合金有着比纯金属更多优越的性质，合金的的使用范围也是越来越广泛。
但是一些常见金属的合金材料在大量的使用过程也日益凸显了其不足，我们在满足了金属和合金材料制品的高导电率性能的同时，该金属和合金材料制品的防腐蚀性能差，使得金属和合金材料制品的高导电率和高防腐蚀性能不可以兼容。因此本申请文件中提出了一种高导电率的复合金属材料及其制备方法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高导电率的复合金属材料及其制备方法。
本发明提出的一种高导电率的复合金属材料，包括基体和石墨烯层，基体由以下金属材料按照重量百分比组成：银为2.8wt%-3.4wt%，铝为1wt%-2.6wt%，钴为2wt%-2.8wt%，镍为2.8wt%-3.4wt%，钙为3wt%-3.6wt%，锡为1wt%-2.4wt%，铜为4wt%-8wt%，余量为铁。
优选地，基体由以下金属材料按照重量百分比组成：银为3.1wt%，铝为1.8wt%，钴为2.4wt%，镍为3wt%，钙为3.3wt%，锡为1.7wt%，铜为6wt%，余量为铁。
2、本发明还提出了一种高导电率的复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将基体中的各种金属原料投入真空高温熔炼炉中，真空高温熔炼炉的温度设置为1200-1500℃以及压强设置为100-500Pa，此时真空高温熔炼炉中的升温速率为50-80℃/min，即可得到片状基体；
S2：将S1所述的片状基体降温至500-600℃，片状基体在500-600℃的温度下进行保温，保温时间为3-8h，保温后的片状基体进行退火处理，退火速率为80-100℃/min，直到片状基体冷却至室温；
S3：将S2所述的片状基体置于真空炉腔内，真空炉腔的压强设置为0-2Pa以及温度设置为400-800℃，同时通入混合保护气体，然后进行升温至800-1200℃，同时通入碳源，使得真空炉腔内部发生碳源反应，碳源的反应时间为10-20min，碳源反应结束后，真空炉腔内的基体自然冷却至室温，制备得到石墨烯层的厚度为5-50nm；
S4：将S3所述的镀有石墨烯层的片状基体在去离子水中浸泡3-6h，然后进行过滤，然后在镀有石墨烯层的片状基体上涂设活化剂，放入反应炉中2-5h，且反应炉中的温度设置为300-700℃，再用去离子水进行洗涤镀有石墨烯层的片状基体，最终干燥以后即可得到高导电率的复合金属材料。
优选地，所述S1中，真空高温熔炼炉的温度设置为1350摄氏度，且真空高温熔炼炉中的升温速率为75℃/min。
优选地，所述S2中，真空高温熔炼炉的退火速率为90℃/min。
优选地，所述S3中，混合保护气体为氩气和氦气的混合气体。
本发明的有益效果：
1、通过基体的组成成份中含有铁、钴、镍等金属材料，使得基体上容易生成一层金属膜，该金属膜有利于催化石墨烯层的生长，且可以避免石墨烯层和基体之间出现结晶现象；
2、通过在基体上渡有石墨烯层，可以避免外界氧气和基体的金属材料进行接触，使得复合金属材料具有较好的防腐蚀性能，且石墨烯层本身就具有较高的比表面积和导电率，使得复合金属材料的导电率高；
3、通过S5的活化处理，基体上的石墨烯层的活化性强，进一步提高了复合金属材料的导电率；
本发明中基体的金属组成材料包含铁、钴、镍等金属材料，便于石墨烯层的生长，使得复合金属材料具有较强的防腐蚀能力和较高的导电率，且石墨烯层通过活化处理，进一步的提高了复合金属材料的导电率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本实施例中一种高导电率的复合金属材料及其制备方法，复合金属材料包括基体和石墨烯层，基体由以下金属材料按照重量百分比组成：银为2.8wt%，铝为1wt%，钴为2wt%，镍为2.8wt%，钙为3wt%，锡为1wt%，铜为4wt%，余量为铁；
其制备方法包括以下步骤：
S1：将基体中的各种金属原料投入真空高温熔炼炉中，真空高温熔炼炉的温度设置为1200以及压强设置为100Pa，此时真空高温熔炼炉中的升温速率为50℃/min，即可得到片状基体；
S2：将S1所述的片状基体降温至500℃，片状基体在600℃的温度下进行保温，保温时间为3h，保温后的片状基体进行退火处理，退火速率为80℃/min，直到片状基体冷却至室温；
S3：将S2所述的片状基体置于真空炉腔内，真空炉腔的压强设置为0Pa以及温度设置为400℃，同时通入混合保护气体，然后进行升温至800℃，同时通入碳源，使得真空炉腔内部发生碳源反应，碳源的反应时间为10min，碳源反应结束后，真空炉腔内的基体自然冷却至室温，制备得到石墨烯层的厚度为10nm；
S4：将S3所述的镀有石墨烯层的片状基体在去离子水中浸泡3h，然后进行过滤，然后在镀有石墨烯层的片状基体上涂设活化剂，放入反应炉中2-5h，且反应炉中的温度设置为300℃，再用去离子水进行洗涤镀有石墨烯层的片状基体，最终干燥以后即可得到高导电率的复合金属材料。
实施例二
本实施例中一种高导电率的复合金属材料及其制备方法，复合金属材料包括基体和石墨烯层，基体由以下金属材料按照重量百分比组成：银为3wt%，铝为2wt%，钴为2.4wt%，镍为3wt%，钙为3.4wt%，锡为1.5wt%，铜为6wt%，余量为铁；
其制备方法包括以下步骤：
S1：将基体中的各种金属原料投入真空高温熔炼炉中，真空高温熔炼炉的温度设置为1400℃以及压强设置为250Pa，此时真空高温熔炼炉中的升温速率为65℃/min，即可得到片状基体；
S2：将S1所述的片状基体降温至550℃，片状基体在550℃的温度下进行保温，保温时间为5h，保温后的片状基体进行退火处理，退火速率为90℃/min，直到片状基体冷却至室温；
S3：将S2所述的片状基体置于真空炉腔内，真空炉腔的压强设置为1Pa以及温度设置为600℃，同时通入混合保护气体，然后进行升温至1000℃，同时通入碳源，使得真空炉腔内部发生碳源反应，碳源的反应时间为15min，碳源反应结束后，真空炉腔内的基体自然冷却至室温，制备得到石墨烯层的厚度为25nm；
S4：将S3所述的镀有石墨烯层的片状基体在去离子水中浸泡5h，然后进行过滤，然后在镀有石墨烯层的片状基体上涂设活化剂，放入反应炉中4h，且反应炉中的温度设置为500℃，再用去离子水进行洗涤镀有石墨烯层的片状基体，最终干燥以后即可得到高导电率的复合金属材料。
实施例三
本实施例中一种高导电率的复合金属材料及其制备方法，复合金属材料包括基体和石墨烯层，基体由以下金属材料按照重量百分比组成：银为3.4wt%，铝为2.6wt%，钴为2.8wt%，镍为3.4wt%，钙为3.6wt%，锡为2.4wt%，铜为8wt%，余量为铁；
其制备方法包括以下步骤：
S1：将基体中的各种金属原料投入真空高温熔炼炉中，真空高温熔炼炉的温度设置为1500℃以及压强设置为500Pa，此时真空高温熔炼炉中的升温速率为80℃/min，即可得到片状基体；
S2：将S1所述的片状基体降温至600℃，片状基体在600℃的温度下进行保温，保温时间为8h，保温后的片状基体进行退火处理，退火速率为100℃/min，直到片状基体冷却至室温；
S3：将S2所述的片状基体置于真空炉腔内，真空炉腔的压强设置为2Pa以及温度设置为800℃，同时通入混合保护气体，然后进行升温至1200℃，同时通入碳源，使得真空炉腔内部发生碳源反应，碳源的反应时间为20min，碳源反应结束后，真空炉腔内的基体自然冷却至室温，制备得到石墨烯层的厚度为50nm；
S4：将S3所述的镀有石墨烯层的片状基体在去离子水中浸泡6h，然后进行过滤，然后在镀有石墨烯层的片状基体上涂设活化剂，放入反应炉中5h，且反应炉中的温度设置为700℃，再用去离子水进行洗涤镀有石墨烯层的片状基体，最终干燥以后即可得到高导电率的复合金属材料。
对比常规的合金的导电率与实施例一至三的复合金属材料的导电率，实施例一至三的复合金属材料的导电率比常规的合金的导电率提高百分比如下表：
实施例 一 二 三
防腐蚀性能提高百分比 10% 18% 25%
导电率提高百分比 20% 35% 40%
由上述表格可知，本发明提出的复合金属材料比合金的导电率和防腐蚀性能均具有明显提高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高导电率的复合金属材料的制备方法，所述高导电率的复合金属材料包括基体和石墨烯层，基体由以下金属材料按照重量百分比组成：银为2.8wt％-3.4wt％，铝为1wt％-2.6wt％，钴为2wt％-2.8wt％，镍为2.8wt％-3.4wt％，钙为3wt％-3.6wt％，锡为1wt％-2.4wt％，铜为4wt％-8wt％，余量为铁，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将基体中的各种金属原料投入真空高温熔炼炉中，真空高温熔炼炉的温度设置为1200-1500℃以及压强设置为100-500Pa，此时真空高温熔炼炉中的升温速率为50-80℃/min，即可得到片状基体；
S2：将S1所述的片状基体降温至500-600℃，片状基体在500-600℃的温度下进行保温，保温时间为3-8h，保温后的片状基体进行退火处理，退火速率为80-100℃/min，直到片状基体冷却至室温；
S3：将S2所述的片状基体置于真空炉腔内，真空炉腔的压强设置为0-2Pa以及温度设置为400-800℃，同时通入混合保护气体，然后进行升温至800-1200℃，同时通入碳源，使得真空炉腔内部发生碳源反应，碳源的反应时间为10-20min，碳源反应结束后，真空炉腔内的基体自然冷却至室温，制备得到石墨烯层的厚度为5-50nm；
S4：将S3所述的镀有石墨烯层的片状基体在去离子水中浸泡3-6h，然后进行过滤，然后在镀有石墨烯层的片状基体上涂设活化剂，放入反应炉中2-5h，且反应炉中的温度设置为300-700℃，再用去离子水进行洗涤镀有石墨烯层的片状基体，最终干燥以后即可得到高导电率的复合金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种高导电率的复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述S1中，真空高温熔炼炉的温度设置为1350摄氏度，且真空高温熔炼炉中的升温速率为75℃/min。
3.根据权利要求1所述的一种高导电率的复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述S2中，真空高温熔炼炉的退火速率为90℃/min。
4.根据权利要求1所述的一种高导电率的复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述S3中，混合保护气体为氩气和氦气的混合气体。
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