CN108588466B - 一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法及其加料装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法及其加料装置。石墨烯经金属镀层处理后与金属粉经球磨均匀混合，将获得的粉料通过外置输送管或超声探头中心孔通道在气流及超声作用下添加至铝熔体，冷却凝固后制得石墨烯增强铝基复合材料。外置输送管道输出端口中心定位于超声探头发射端面中心正下方，距离d遵循以下准则：0＜d≤dc，其中dc为空化区深度，I0为超声输入声强，Ith为铝熔体中声空化阈值，α为与声空化气泡体积分数β及尺寸分布f(R)相关参数。本发明制备方法简单、高效，同时石墨烯在基体中的分散效果好，所制备的石墨烯增强铝基复合材料组织均匀。相对铝基体，复合材料的抗拉强度提高了20％～80％。

Description

一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法及其加料装置
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体地，涉及一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法及其加料装置。
背景技术
铝基复合材料密度小，比强度比刚度大，耐蚀性强，导电导热性能优异等优点，在航空航天及汽车等领域具有广阔的应用前景。石墨烯有着极高的强度，是已知强度最高的物质，以其为增强相的铝基复合材料受到广泛的关注。现有制备石墨烯增强铝基复合材料的方法与装置主要有粉末冶金法和铸造法两大类。然而，由于石墨烯和金属基体之间的润湿性较差，这些方法普遍存在石墨烯难以在基体中分散均匀的问题。此外，石墨烯易与基体在高温下发生反应而损耗，反应产物的存在也会导致石墨烯与基体间的界面结合变差。
中国发明专利CN 105081310 A公开了一种制备石墨烯增强铝基复合材料的高效方法与装置，该方法首先制备带正电荷的氧化石墨烯，然后通过对铝粉表面改性得到带负电荷的铝粉，再利用正负电荷间的吸引作用在溶液中将石墨烯吸附到铝粉表面，通过过滤及冷冻干燥得到氧化石墨烯-铝复合粉末，最后经烧结获得石墨烯增强铝基复合材料。该方法工艺复杂，且难以避免残留氧化石墨烯，存在界面结合差、复合材料粉末不致密等问题。
中国发明专利CN 106399766 A公开了一种石墨烯和碳纳米管协同增强铝基复合材料的制备方法，通过对石墨烯表面改性克服了大比表面积在范德华力作用下所导致的团聚问题，以增强球磨混合过程中其在铝粉中的分散性，最后通过热等静压烧结制备得到铝基复合材料。该方法工艺复杂，生产效率低，同样存在烧结过程中复合材料致密性不足的问题。
中国发明专利CN 105624446 A公开了石墨烯增强镁、铝基复合材料及制备方法，该方法首先将石墨烯在乙醇溶液中超声分散，随即间歇加入金属粉末，再将混合粉末去溶剂及真空干燥处理，最后通过热压获得石墨烯增强金属基复合材料。该方法工艺简单，但存在分散性差、复合材料不致密，石墨烯与金属基体间存在氧化夹杂等问题。
文献[管仁国，连超，赵占勇，钞润泽，刘春明，石墨烯铝基复合材料的制备及其性能，稀有金属材料与工程，2012，41(S2):607-611]报道了一种石墨烯铝基复合材料制备方法，采用氧化石墨烯加入CuSO4溶液并还原的方法制备石墨烯-Cu，提高了石墨烯与金属熔体间的润湿性。采用机械搅拌法，在660-720℃温度区间的纯铝熔体中加入石墨烯-Cu，制备了石墨烯铝基复合材料，其硬度相对于纯铝基体提高了约40％。但是这种方法并没有使石墨烯完全分散开，石墨烯仍然发生了较严重的团聚。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于解决石墨烯增强铝基复合材料中石墨烯分散性差，易发生界面反应，石墨烯与金属基体间界面结合差，石墨烯增强铝基复合材料工艺复杂的技术问题，提供一种制备石墨烯增强铝基复合材料的高效方法与装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将石墨烯进行金属镀层处理；
S2、将经金属镀层处理后的石墨烯与金属粉料、表面活性剂均匀混合，得到混合料；
S3、采用加料装置将所述混合料在惰性气流及超声同时作用下加入铝基熔体中，冷却凝固后制得石墨烯增强铝基复合材料。
上述步骤S1中，所述金属镀层处理采用如化学镀等常规方法，如专利CN103361637 A、CN 106744902 A、CN 106480434 A等。
优选地，在步骤S1中，所述金属镀层为铜层、镍层中的一种。经金属镀层的石墨烯利于抑制碳与金属基体的界面反应与石墨烯团聚，保持石墨烯的结构完整性，在超声作用下均匀分散至基体中，从而提高材料性能。
优选地，在步骤S2中，所述石墨烯与金属粉料的质量比为1:2～500。石墨烯与金属粉料的比例过高，易引起在加料装置的输送管道中分离；比例过低，降低了石墨烯的添加效率。
优选地，在步骤S2中，所述表面活性剂包括硬脂酸。
优选地，在步骤S2中，所述混合的步骤包括：将经金属镀层处理后的石墨烯与金属粉料进行球磨处理，并在球磨过程中加入表面活性剂。
优选地，在步骤S2中，所述金属粉料选自镁、镁合金、铝、铝合金、铜、铜合金、锌、锌合金、锰、锰合金、镍、镍合金、铬、铬合金、钛、钛合金、钴、钴合金、铅、铅合金中的一种或几种。具体选择哪种金属粉料主要依据所需最终复合材料组织要求来确定。
优选地，在步骤S3中，石墨烯在铝基熔体中添加量为0.01wt.％～10wt.％。石墨烯含量过低，难以有效钉扎位错与晶界而提升复合材料强度；相反，石墨烯含量过高易造成晶界隔离，引起复合材料强度下降。
优选地，步骤S3中，所述的加料装置包括超声探头和换能器，所述超声探头和换能器连接；所述超声探头和换能器的内部为实心结构或设置有中心孔通道；
当所述超声探头和换能器的内部为实心结构时，所述加料装置还包括外置输送管，所述外置输送管设置在超声探头的外周，所述外置输送管的输出端口靠近超声探头的声发射端面，所述外置输送管用于通入气流并将混合料输送至靠近超声探头的声发射端面处；
当所述超声探头和换能器的内部设置有中心孔通道时，所述超声探头的中心孔通道与换能器的中心孔通道连通，所述中心孔通道用于通入气流并将混合料输送至超声探头的声发射端面处。
优选地，当所述超声探头和换能器的内部为实心结构时，所述外置输送管的输出端口与所述超声探头的声发射端面相对设置；所述外置输送管的输出端口与超声探头的声发射端面的距离d遵循以下准则：
其中，dc为空化区深度，I0为超声输入声强(输入铝基体熔体的声强)，Ith为铝基熔体中声空化阈值，α为与声空化气泡体积分数β及尺寸分布f(R)相关参数。
优选地，所述外置输送管的内孔截面与超声探头的声发射端面的面积比为大于0，小于等于1/2。
优选地，当所述超声探头和换能器的内部设置有中心孔通道时，所述超声探头的中心孔通道截面与超声探头的声发射端面的面积比为大于0，小于等于1/3。
优选地，在步骤S3中，所述气流及超声同时作用的实现方式为：通过气流将所述混合料输送至靠近或接触超声探头的声发射端面处，此时，所述混合料同时在气流及超声作用下分散至铝基熔体中。具体地，所述混合料通过外置输送管或超声探头中心孔通道在惰性气体流作用下，同时通过施加超声作用添加至铝熔体中。
优选地，在步骤S3中，所述铝基熔体包括Al、Al-Cu、Al-Mg、Al-Ni中的一种。也可以采用其他铝基熔体。
优选地，在步骤S3中，所述气流包括氦气流、氩气流、氮气流中的一种或几种。
更优选地，所述气流为氩气流。氩气为惰性气体，不与金属熔体发生反应而产生污染。
优选地，在步骤S3中，所述超声处理的时间为2min，超声输入声强为100MW/m2。
第二方面，本发明提供一种用于制备石墨烯增强铝基复合材料的加料装置，包括超声探头和换能器，所述超声探头和换能器连接；所述超声探头和换能器的内部为实心结构或设置有中心孔通道；
当所述超声探头和换能器的内部为实心结构时，所述加料装置还包括外置输送管，所述外置输送管设置在超声探头的外周，所述外置输送管的输出端口靠近超声探头的声发射端面，所述外置输送管用于通入气流并将混合料输送至靠近超声探头的声发射端面处；
当所述超声探头和换能器的内部设置有中心孔通道时，所述超声探头的中心孔通道与换能器的中心孔通道连通，所述中心孔通道用于通入气流并将混合料输送至超声探头的声发射端面处。
优选地，当所述超声探头和换能器的内部为实心结构时，所述外置输送管的输出端口与所述超声探头的声发射端面相对设置。如图1所示，超声探头的声发射端面为超声探头的底面，外置输送管的输出端口位于超声探头的下方并与超声探头的底面存在一定间隙。
优选地，所述外置输送管的输出端口距离超声探头的声发射端面的距离d遵循以下准则：
其中，dc为空化区深度，I0为超声输入声强(输入铝基体熔体的声强)，Ith为铝基熔体中声空化阈值，α为与声空化气泡体积分数β及尺寸分布f(R)相关参数。通过上述准则选取d，在步骤S3中可使混合粉料精准送入铝基熔体内的声空化区，从而有效分散混合粉料至熔体中。若d＞dc,超声对混合粉料的分散作用不足，不利于石墨烯在熔体中均匀分散。
更优选地，所述外置输送管的输出端口的中心与所述超声探头的声发射端面的中心相对设置。当所述外置输送管的输出端口的中心定位于超声探头的发射端面的中心正下方，分散效果最佳。
优选地，所述外置输送管的内孔截面与超声探头的声发射端面的面积比为大于0，小于等于1/2。
优选地，当所述超声探头和换能器的内部设置有中心孔通道时，所述超声探头的中心孔通道截面与超声探头的声发射端面的面积比为大于0，小于等于1/3。
通过上述两种面积选取准则，步骤S3中混合粉料被集中送至铝基熔体内的强声空化区，从而高效分散混合粉料，有利于石墨烯的均匀分布。
优选地，所述外置输送管通过夹持器与换能器连接；所述夹持器的一部分设置在换能器上，另一部分用于夹持外置输送管。以便于外置输送管与超声探头的配合使用。
优选地，所述外置输送管为弯管，所述外置输送管的输出端口位于输入端口的下方。所述弯管的直线部分与超声探头平行。
优选地，所述外置输送管的材质为铌、铌合金、钼、钼合金、氧化物、氮化物、碳化物陶瓷中的一种。
第三方面，本发明提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法制得的石墨烯增强铝基复合材料。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供了一种制备石墨烯增强铝基复合材料的高效方法与加料装置，在本发明的超声作用下，经金属镀层处理后的石墨烯与基体熔体充分润湿与分散，使石墨烯发挥出最佳作用；通过与金属粉末混合后添加，避免了在气流作用下团聚或分层，同时在超声作用下均匀分散至基体中。制备的石墨烯增强铝基复合材料组织均匀，石墨烯结构较为完整，材料性能优良。若采用其他常规超声方法，石墨烯难以均匀混合，处于聚集状态，且由于密度原因上浮于熔体顶端，将无法获得本发明的效果。
2、结果表明，本发明制备的石墨烯增强铝基复合材料的抗拉强度提高了20％～80％。
3、本发明复合材料的制备过程中改进了增强相原料的添加方式并提供了一种添加装置，即经金属镀层的石墨烯与金属粉混合后通过外置输送管或超声探头中心孔通道在超声及气流作用下添加至铝熔体。通过本添加方式，石墨烯在基体中以纳微米尺度均匀分散，且结构完整。该方法为本发明独创。
4、本发明增强相原料添加装置的设计准则为，外置输送管道输出端口中心定位于超声探头发射端面中心正下方，距离d遵循0＜d≤dc，外置输送管内孔截面与超声探头声发射端面面积比﹤1/2，超声探头中心孔通道截面与探头声发射端面面积比﹤1/3。按上述准则，连续经给的混合粉料在超声作用下被“瞬间”分散，极大地发挥了超声的作用与效率，致使石墨稀分散度有效提升即以纳微米尺度分散，有效避免了团聚。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明加料装置的结构示意图；
图2为本发明加料装置中超声探头的结构示意图；
图3为实施例1制备的镀镍石墨烯显微组织图；
图4为实施例1制备的镀镍石墨烯与铝混合粉料显微组织图；
图5为实施例1制备的石墨烯增强纯铝基复合材料制件显微组织图；
图中，1-换能器；2-超声探头；3-外置输送管；4-夹持器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法及其加料装置，如图1-2所示，所述加料装置包括超声探头2和换能器1，所述超声探头2和换能器1连接；所述超声探头2和换能器1的内部为实心结构或设置有中心孔通道；
当所述超声探头2和换能器1的内部为实心结构时，所述加料装置还包括外置输送管3，所述外置输送管3设置在超声探头2的外周，所述外置输送管3的输出端口靠近超声探头2的声发射端面，所述外置输送管3用于通入气流并将混合料输送至靠近超声探头2的声发射端面处；
当所述超声探头2和换能器1的内部设置有中心孔通道时，所述超声探头2的中心孔通道与换能器1的中心孔通道连通，所述中心孔通道用于通入气流并将混合料输送至超声探头2的声发射端面处。
进一步地，当所述超声探头2和换能器1的内部为实心结构时，所述外置输送管3的输出端口与所述超声探头2的声发射端面相对设置。进一步地，所述外置输送管3的输出端口距离超声探头2的声发射端面的距离d遵循以下准则：
其中，dc为空化区深度，I0为超声输入声强(输入铝基体熔体的声强)，Ith为铝基熔体中声空化阈值，α为与声空化气泡体积分数β及尺寸分布f(R)相关参数。
进一步地，所述外置输送管3的输出端口的中心与所述超声探头2的声发射端面的中心相对设置。
进一步地，当所述超声探头2和换能器1的内部为实心结构时，所述外置输送管的内孔截面与超声探头的声发射端面的面积比为大于0，小于等于1/2。
进一步地，当所述超声探头2和换能器1的内部设置有中心孔通道时，所述超声探头2的中心孔通道截面与超声探头2的声发射端面的面积比为大于0，小于等于1/3。
进一步地，所述外置输送管3为弯管；所述超声探头的中心孔通道位于超声探头的轴向。所述外置输送管3通过夹持器4与换能器1连接；所述夹持器的4一部分设置在换能器1上，另一部分用于夹持外置输送管3。
进一步地，所述外置输送管3的材质为铌、铌合金、钼、钼合金、氧化物、氮化物、碳化物陶瓷中的一种。
实施例1
本实施例提供了一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，制备步骤如下：
1)取5g石墨烯在乙醇溶液中超声分散，冷冻干燥后对其预先进行金属镀镍处理；所制备的镀镍石墨烯如图3所示，石墨烯被表面镍层均匀覆盖。
2)取100g工业纯铝粉，铝颗粒度为80～120μm，与经镀镍石墨烯一同球磨处理12h，并加入0.01g硬脂酸作为表面活性剂。所制备的混合粉料如图4所示，镀镍石墨烯均匀附着在铝基粉体表面。
3)取400g工业纯铝置入氧化铝坩埚加热至熔化，将超声探头伸入液面以下并开启超声，混合细粉以外置输送管在氩气流下送入熔体，超声处理2min后经空冷获得1wt.％的石墨烯增强Al基复合材料。如图5所示，石墨烯结构保持完整。
超声名义输入声强(实际的超声强度)为100MW/m2,超声探头为柱形，其横截面尺寸为φ20mm；外置输送管内径尺寸为φ3.5mm，外置输送管的输出端口至超声探头声发射端面距离d为5mm。
实施例2
本实施例提供了一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，制备步骤如下：
1)取1g石墨烯在乙醇溶液中超声分散，冷冻干燥后对其预先进行金属镀镍处理；
2)取100g工业纯铝粉，铝颗粒度为80～120μm，与经镀镍处理的石墨烯一同在氩气保护下球磨处理24h，并加0.01g的硬脂酸作为表面活性剂；
3)取400g工业纯铝置入氧化铝坩埚加热至熔化，将超声探头伸入液面以下并开启超声，石墨烯细粉自超声探头中心孔在氩气流下送入熔体，超声处理2min后经空冷获得0.2wt.％的石墨烯增强铝基复合材料。
超声名义输入声强为100MW/m2,超声探头为柱形，其横截面尺寸为φ20mm；超声探头中心尺寸为φ3mm。
实施例3
本实施例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1)取5g石墨烯在乙醇溶液中超声分散，冷冻干燥后对其预先进行金属镀铜处理；
2)取100g高纯铝粉，铝颗粒度为60～100μm，与经镀Cu处理的石墨烯一同球磨处理12h，并加入0.01g硬脂酸作为表面活性剂；
3)取400g高纯铝置入氧化铝坩埚加热至熔化，将超声探头伸入液面以下并开启超声，混合细粉以外置输送管在氩气流下送入熔体，超声处理2min后经空冷获得1wt.％的石墨烯增强铝基复合材料。
超声名义输入声强为100MW/m2,超声探头为柱形，其横截面尺寸为φ20mm；外置输送管内径尺寸为φ3.5mm，输出端口至超声探头声发射端面距离d为5mm。
实施例4
本实施例涉及一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1)取0.2g石墨烯在乙醇溶液中超声分散，冷冻干燥后对其预先进行金属镀铜处理；
2)取50g工业纯铝粉，铝颗粒度为80～120μm，与经镀镍处理的石墨烯一同球磨处理24h，并加入0.01g硬脂酸作为表面活性剂；
3)取150g工业纯铝置入氧化铝坩埚加热至熔化，将超声探头伸入液面以下并开启超声，混合细粉以外置输送管在氩气流下送入熔体，超声处理2min后经空冷获得0.1wt.％的石墨烯增强铝基复合材料。
超声名义输入声强为100MW/m2,超声探头为柱形，其横截面尺寸为φ20mm；外置输送管内径尺寸为φ3.5mm，输出端口至超声探头声发射端面距离d为5mm。
实施例5
本实施例涉及一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1)取1g石墨烯在乙醇溶液中超声分散，冷冻干燥后对其预先进行金属镀镍处理；
2)取20g Al-0.1wt.％Cu合金粉，颗粒度为80～120μm，与经镀镍处理的石墨烯一同球磨处理24h，并加入0.01g硬脂酸作为表面活性剂；
3)取80g Al-0.1wt.％Cu合金置入氧化铝坩埚加热至熔化，将超声探头伸入液面以下并开启超声，混合细粉以外置输送管在氩气流下送入熔体，超声处理2min后经空冷获得1wt.％的石墨烯增强铝基复合材料。
超声名义输入声强为100MW/m2,超声探头为柱形，其横截面尺寸为φ20mm；外置输送管内径尺寸为φ3.5mm，输出端口至超声探头声发射端面距离d为5mm。
实施例6
本实施例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1)取0.2g石墨烯在乙醇溶液中超声分散，冷冻干燥后对其预先进行金属镀铜处理；
2)取100g高纯铝粉，铝颗粒度为60～100μm，与经镀Cu处理的石墨烯一同球磨处理12h，并加入0.01g硬脂酸作为表面活性剂；
3)取100g高纯铝置入氧化铝坩埚加热至熔化，将超声探头伸入液面以下并开启超声，混合细粉以外置输送管在氩气流下送入熔体，超声处理2min后经空冷获得0.01wt.％的石墨烯增强铝基复合材料。
超声名义输入声强为100MW/m2,超声探头为柱形，其横截面尺寸为φ20mm；外置输送管内径尺寸为φ3.5mm，输出端口至超声探头声发射端面距离d为5mm。
实施例7
本实施例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1)取5g石墨烯在乙醇溶液中超声分散，冷冻干燥后对其预先进行金属镀镍处理；
2)取10g工业纯铝粉，铝颗粒度为80～120μm，与经镀Ni处理的石墨烯一同在氩气保护下球磨处理24h，并加0.01g的硬脂酸作为表面活性剂；
3)取40g工业纯铝置入氧化铝坩埚加热至熔化，将超声探头伸入液面以下并开启超声，石墨烯细粉自超声探头中心孔在氩气流下送入熔体，超声处理2min后经空冷获得10wt.％的石墨烯增强铝基复合材料。
超声名义输入声强为100MW/m2,超声探头为柱形，其横截面尺寸为φ20mm；超声探头中心尺寸为φ3mm。
对比例1
本对比例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤与实施例1相比，无石墨烯添加，其他工艺相同。
对比例2
本对比例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤与实施例2相比，无石墨烯添加，其他工艺相同。
对比例3
本对比例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤与实施例3相比，无石墨烯添加，其他工艺相同。
对比例4
本对比例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤与实施例4相比，无石墨烯添加，其他工艺相同。
对比例5
本对比例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤与实施例5相比，无石墨烯添加，其他工艺相同。
对比例6
本对比例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，石墨烯不进行镀镍层处理。
对比例7
本对比例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，步骤3)中将混合细粉在氩气为保护气的氛围下，直接加入铝熔体中，加入后采用超声探头(内部为实心结构)进行搅拌、超声。
对比例8
本对比例提供一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，步骤3)中将超声探头不开启超声，混合细粉以外置输送管在氩气流下送入熔体。
性能测试
对上述实施例和对比例制备的复合材料进行力学性能测试，结果如下表1和表2所示：
表1
表2
注：表2中未添加石墨烯是指：具体步骤与相应的实施例或对比例相比，无石墨烯添加，其他工艺相同。
由于实施例5的基体为Al-Cu合金，而其他实施例为高纯铝或工业纯铝，造成不添加石墨烯时的基体自身性能就比高纯铝或工业纯铝高，甚至是高于高纯铝或工业纯铝添加料石墨烯的；但在基体相同的条件下，实施例的性能均优于对比例。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将石墨烯进行金属镀层处理；
S2、将经金属镀层处理后的石墨烯与金属粉料、表面活性剂均匀混合，得到混合料；
S3、采用加料装置将所述混合料在气流及超声同时作用下加入铝基熔体中，冷却凝固后制得石墨烯增强铝基复合材料；
在步骤S3中，所述的加料装置包括超声探头(2)和换能器(1)，所述超声探头(2)和换能器(1)连接；所述超声探头(2)和换能器(1)的内部为实心结构或设置有中心孔通道；
当所述超声探头(2)和换能器(1)的内部为实心结构时，所述加料装置还包括外置输送管(3)，所述外置输送管(3)设置在超声探头(2)的外周，所述外置输送管(3)的输出端口靠近超声探头(2)的声发射端面，所述外置输送管(3)用于通入气流并将混合料输送至靠近超声探头(2)的声发射端面处；
当所述超声探头(2)和换能器(1)的内部设置有中心孔通道时，所述超声探头(2)的中心孔通道与换能器(1)的中心孔通道连通，所述中心孔通道用于通入气流并将混合料输送至超声探头(2)的声发射端面处；
当所述超声探头(2)和换能器(1)的内部为实心结构时，所述外置输送管(3)的输出端口与所述超声探头(2)的声发射端面相对设置；所述外置输送管(3)的输出端口与超声探头(2)的声发射端面的距离d遵循以下准则：
0＜d≤dc，
其中，dc为空化区深度，I0为超声输入声强(输入铝基体熔体的声强)，Ith为铝基熔体中声空化阈值，α为与声空化气泡体积分数β及尺寸分布f(R)相关参数；
在步骤S2中，所述石墨烯与金属粉料的质量比为1:2～500；
在步骤S3中，石墨烯在铝基熔体中添加量为0.01wt.％～10wt.％。
2.根据权利要求1所述的石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述金属镀层为铜层、镍层中的一种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述外置输送管(3)的内孔截面与超声探头(2)的声发射端面的面积比为大于0，小于等于1/2。
4.根据权利要求1所述的石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，当所述超声探头(2)和换能器(1)的内部设置有中心孔通道时，所述超声探头(2)的中心孔通道截面与超声探头(2)的声发射端面的面积比为大于0，小于等于1/3。
5.根据权利要求1所述的石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述气流及超声同时作用的实现方式为：通过气流将所述混合料输送至靠近或接触超声探头的声发射端面处，此时，所述混合料同时在气流及超声作用下分散至铝基熔体中。
6.一种用于制备权利要求1所述的石墨烯增强铝基复合材料的加料装置，其特征在于，包括超声探头(2)和换能器(1)，所述超声探头(2)和换能器(1)连接；所述超声探头(2)和换能器(1)的内部为实心结构或设置有中心孔通道；
当所述超声探头(2)和换能器(1)的内部为实心结构时，所述加料装置还包括外置输送管(3)，所述外置输送管(3)设置在超声探头(2)的外周，所述外置输送管(3)的输出端口靠近超声探头(2)的声发射端面，所述外置输送管(3)用于通入气流并将混合料输送至靠近超声探头(2)的声发射端面处；
当所述超声探头(2)和换能器(1)的内部设置有中心孔通道时，所述超声探头(2)的中心孔通道与换能器(1)的中心孔通道连通，所述中心孔通道用于通入气流并将混合料输送至超声探头(2)的声发射端面处。
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