CN109182931A - 一种6061铝基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种6061铝基复合材料的制备方法，包括步骤：将石墨烯、碳化硅晶须分散到无水乙醇中，超声分散0.5～1h，所得分散液加入球磨罐中，再加入雾化6061铝粉，使雾化6061铝粉与石墨烯的重量比为18～20:1，向球磨罐中加入无水乙醇，直至无水乙醇浸没物料，在封闭状态下球磨8～10h，真空干燥后在550～600℃下真空烧结2～3h，得到6061铝基复合材料。实验结果表明，本发明可显著提高6061铝合金的强度和硬度。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种6061铝基复合材料的制备方法。
背景技术
铝合金具有比强度高、耐腐蚀、延展性好等优点，在航空航天及轨道交通领域得到了广泛应用。随着材料使用要求的不断提高，传统铝合金材料的性能已经难以满足使用要求，需要在铝基体中添加各类增强相以提高其综合性能。
石墨烯是一种由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格状的层状结构，具有高导电性、高导热、高强度以及高比表面积等优异性能，是一种理想增强相。在铝基体中加入石墨烯可以显著提高其强度和硬度，并保持铝基体的高延展性。然而，现有的铝基石墨烯复合材料大多以纯铝为基体，改性后的铝基复合材料相对于较高强度的铝合金，比如6061铝合金，尚且存在一定的差距。因此，需要开发一种石墨烯增强的6061铝基复合材料，进一步提升铝合金的极限强度，扩展铝合金的应用领域。
碳化硅晶须是一种与金刚石属于同一种晶型的单晶纤维，在合成晶须中硬度最高，模量和抗拉伸强度最大。由于石墨烯片状尺寸远远大于碳化硅晶粒尺寸，因此一个石墨烯可横跨多个碳化硅晶粒。将碳化硅负载在石墨烯片层上，利用碳化硅和石墨烯在不同维度上的纳米尺寸效应，可以显著提高复合材料的力学性能。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的提供一种6061铝基复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种6061铝基复合材料的制备方法，包括步骤：
S1、将石墨烯、碳化硅晶须按重量比为0.05～1:1分散到无水乙醇中，超声分散0.5～1h，所得分散液加入球磨罐中，再加入雾化6061铝粉，使雾化6061铝粉与石墨烯的重量比为20～25:1，向球磨罐中加入无水乙醇，直至无水乙醇浸没物料，在封闭状态下球磨8～10h，然后真空干燥处理；
S2、在550～600℃下真空烧结2～3h，得到6061铝基复合材料。
优选的，所述碳化硅晶须为β型，粒径为10～50μm。
优选的，所述石墨烯与碳化硅晶须的质量比为0.05～0.4:1。
优选的，所述雾化6061铝粉的粒径为45μm。
优选的，球料比为5:1，转速为200～250r/min。
本发明的有益效果：
本发明采用片状的石墨烯与棒状的碳化硅晶须协同增强6061铝材，在烧结前先使石墨烯与碳化硅晶须在6061铝粉中均匀分散，减少石墨烯片层的堆积，以搭建三维增强网络，提高6061铝合金的强度和硬度。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细的说明。
以下实施例中，雾化6061铝粉购自长垣县明宇铝业有限公司，平均粒径为20μm。碳化硅晶须购自长沙赛泰新材料有限公司，直径100～500nm，长径比100～200。石墨烯片层直径为10～50μm，购自南京先丰纳米材料公司。
实施例1
将质量比为0.3:1的石墨烯、碳化硅晶须分散到无水乙醇中，超声分散1h，所得分散液加入球磨罐中，再加入雾化6061铝粉，使雾化6061铝粉与石墨烯的重量比为25:1，且球料比为5:1，向球磨罐中加入无水乙醇，直至无水乙醇浸没物料，在封闭状态下球磨8h，转速为250r/min，然后真空干燥，所得物料在600℃下真空烧结2h，得到6061铝基复合材料。
实施例2
将质量比为0.1:1的石墨烯、碳化硅晶须分散到无水乙醇中，超声分散1h，所得分散液加入球磨罐中，再加入雾化6061铝粉，使雾化6061铝粉与石墨烯的重量比为22:1，且球料比为5:1，向球磨罐中加入无水乙醇，直至无水乙醇浸没物料，在封闭状态下球磨10h，转速为250r/min，然后真空干燥，所得物料在550℃下真空烧结3h，得到6061铝基复合材料。
实施例3
将质量比为0.05:1的石墨烯、碳化硅晶须分散到无水乙醇中，超声分散0.5h，所得分散液加入球磨罐中，再加入雾化6061铝粉，使雾化6061铝粉与石墨烯的重量比为20:1，且球料比为5:1，向球磨罐中加入无水乙醇，直至无水乙醇浸没物料，在封闭状态下球磨10h，转速为200r/min，然后真空干燥，所得物料在600℃下真空烧结2h，得到6061铝基复合材料。
对比例1
采用雾化6061铝粉在600℃下真空烧结2h，得到铝材。
对实施例和对比例的材料进行拉伸和维氏硬度测试，其中拉伸试样截面尺寸为3×2mm2，拉伸区长度为15mm，拉伸速率1mm/min。测试结果如表1所示，可见石墨烯与碳化硅晶须复配可显著提高6061铝材的硬度和抗拉强度。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | |
| 抗拉强度/MPa | 245 | 249 | 235 | 190 |
| 维氏硬度/HV | 105 | 108 | 108 | 95 |
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种6061铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将石墨烯、碳化硅晶须按重量比为0.05～1:1分散到无水乙醇中，超声分散0.5～1h，所得分散液加入球磨罐中，再加入雾化6061铝粉，使雾化6061铝粉与石墨烯的重量比为20～25:1，向球磨罐中加入无水乙醇，直至无水乙醇浸没物料，在封闭状态下球磨8～10h，然后真空干燥处理；
S2、在550～600℃下真空烧结2～3h，得到6061铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化硅晶须为β型。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯与碳化硅晶须的质量比为0.05～0.4:1。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述雾化6061铝粉的粒径为45μm。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，球料比为5:1，转速为200～250r/min。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115747681A (zh) * | 2022-11-01 | 2023-03-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种提高石墨烯与碳化硅混杂增强铝基复合材料断裂功的热处理方法 |
| CN116463524A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-07-21 | 东莞市金庆新材料有限公司 | 高导热性复合材料的制备方法 |
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