CN111334689B - 石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机 - Google Patents

石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机。制备方法包括：步骤S1，提供改性石墨烯，改性石墨烯包括石墨烯主体和附着在石墨烯主体表面的改性材料，改性材料为TiC、B4C、WC、ZrC和SiC中的一种或多种；步骤S2，将基体原料、增强剂与改性石墨烯混合后进行成型处理，得到石墨烯增强铝基材料，增强剂选自Cu、Mg、Zn中的一种或多种的合金、或碳纳米管。本申请利用改性剂提高铝基材的强度和耐磨性能；利用增强剂和改性石墨烯进一步提高了基体原料的强度和耐磨性能。在将本申请的石墨烯增强铝基材料制备成铝合金零部件应用至压缩机的十字滑环时，有效缓解了十字滑环上凸键的断裂情况。

Description

石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机。
背景技术
空调涡旋压缩机是以压缩制冷剂起到制冷效果的压缩机，防自转十字滑环是空调涡旋压缩机防自转系统的主要部件。在空调涡旋压缩机工作过程中，涡旋压缩机的防自转机构是在满足动涡旋盘绕静涡旋盘中心公转的同时，十字滑环也需要进行高速往复运动，并防止了动涡旋盘的自转。
防自转十字滑环一般包括两对从环形件上凸出的呈十字分别的键。第一对凸键配合在动涡旋盘的凹槽内，第二对键配合在静涡旋盘的槽内。尽管这种带四个键的十字联轴节可有效地防止动涡旋盘相对于静涡旋盘的自转运动，但正是由于这四个凸键的存在，特别是背压腔内的压力比较大的时候，十字联轴节的四个凸键在工作过程会受到很大的扭转力矩的作用，从而使十字联轴节扭转变形，这样也使键的接触面积减小，从而加速了键表面的磨损失效，更严重还会出现凸键断裂的情况，进而导致涡旋压缩机的噪音和振动的增大，压缩机的使用寿命缩短，因此要求制备十字滑环接触摩擦面具有自润滑的功能外，更要求使用的材料具有更高抗冲击强度和抗冲击韧性。
公开号为CN 106893901 A的中国专利申请公开了一种铝合金材料、涡旋压缩机的十字滑环及其制备方法，根据其Si重量百分比为8％～15％可知，其材料属于铝硅系列合金，这种合金的耐磨性虽然很好，但其脆性较大，抗冲击强度和抗冲击韧性较弱。若压缩机在高频率下运转过程中，或是在突然启动、关停和升频的瞬时时间内，十字滑环的凸键很容易受到很大的冲击力矩，进而导致断裂。
公开号为CN 106498223 A的中国专利申请公开了一种改性石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法，其主要是通过硅粉、石墨烯和硬脂酸进行球磨，真空烧结后得到石墨烯-碳化硅复合材料；再用该复合材料、高纯铝粉和硬脂酸进行球磨混合，进而得到了改性石墨烯-铝粉混合粉末；将该粉末与熔融铝液(或熔融铝合金液)进行混合后，再将其浇铸成型，就能得到改性石墨烯增强铝基复合材料的零部件。虽然Si粉改善了铝基体的润湿性，但其烧结形成的SiC颗粒与铝基体间润湿性较却未得到改善，因此该复合材料在高负荷工况下的自润滑性不能满足使用要求。
授权公告号为CN 208106765 U的中国专利公开了一种十字滑环及涡旋压缩机，其主要是将十字滑环强度较低的凸键设计成凹槽结构，该凹槽结构在与动盘上的凸键及支架上的凸键配合，在一定程度上增强了十字滑环的抗冲击强度，增加了十字滑环的使用寿命。但这种十字滑环结构的上、下两个端面与动盘、支架的接触面积较大，致使摩擦磨损的几率也增大。
授权公告号为CN 207111417 U的中国专利公开了用于涡旋压缩机的滑环和涡旋压缩机，其主要是在十字滑环的凸键与动盘或支架的接触面上设置有滚动键，将接触面上的滑动摩擦变为滚动摩擦，降低十字滑环凸键的磨损率。但这种滚动结构比较复杂，稳定性也比较差。
授权公告号为CN 208330725 U的中国专利公开了压缩机及具有其的车辆，其主要是在十字滑环的凸键上都设置有磁铁，并在与这些凸键相对应动盘和支架的凹槽内设置有与凸键上磁铁磁极相反的磁铁，这样十字滑环上的凸键与动盘、支架的凹槽间就会处于磁悬浮的状态，极大的降低了十字滑环凸键的磨损率。但装配磁铁后，会致使十字滑环处于不平稳的状态，易发生倾斜等问题，进而导致十字滑环的上、下两个端面的磨损加剧，而且这种装配结构也会增加材料成本及十字滑环的重量。
公开号为CN 106481559 A的中国专利申请公开了一种涡旋压缩机及其十字滑环，其主要是在十字滑环的上端面(动盘一侧)设置有滚珠结构或装配有平面滚珠轴承，这种装配结构设计在很大程度上降低了十字滑环与动盘接触的上端面的磨损率。但这种转配结构较不仅很复杂，而且滚珠一般为轴承钢材质，若直接与铝合金材质的十字滑环相互摩擦，滚珠槽的失效将会加剧；而装配平面滚珠轴承水能避免上述铝合金滚珠槽磨损加剧的问题，但同时也会增加生产成本。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机，以解决现有技术中的涡旋压缩机用十字滑环材质本身自润滑性能不够的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种石墨烯增强铝基材料的制备方法，制备方法包括：步骤S1，提供改性石墨烯，改性石墨烯包括石墨烯主体和附着在石墨烯主体表面的改性材料，改性材料为TiC、B4C、WC、ZrC和SiC中的一种或多种；步骤S2，将基体原料、增强剂与改性石墨烯混合后进行成型处理，得到石墨烯增强铝基材料，增强剂选自Cu、Mg、Zn中的一种或多种的合金、或碳纳米管。
进一步地，上述改性石墨烯中，含有Ti时Ti元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有B时B元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有W时W元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Zr时Zr元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Si时Si元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1。
进一步地，上述步骤S1包括：步骤S11，将石墨烯和改性剂在第一溶剂中进行第一次超声分散，得到第一初混物，改性剂为Ti粉、B粉、W粉、Zr粉和Si粉中的任意一种或多种，优选改性剂的平均粒径为5～30μm，优选石墨烯的粒径为5～15μm，优选第一溶剂为乙醇或去离子水，优选第一次超声分散的功率为0.2～2Kw；步骤S12，将第一初混物进行第一低温球磨混合，得到第一混合物，优选第一低温球磨的转速为200～400r/min、时间为3～5h，优选第一低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩；步骤S13，将第一混合物进行干燥，得到第一干混物；以及步骤S14，对第一干混物进行真空烧结，得到改性石墨烯，优选真空烧结的温度为1150～1250℃、时间为1～3h。
进一步地，上述步骤S11包括：将石墨烯在第一溶剂中超声分散15～30min后，向第一溶剂中加入改性剂并继续进行超声分散15～60min，得到第一初混物。
进一步地，上述步骤S2包括：步骤S21，将基体粉末与改性石墨烯混合，得到改性石墨烯-Al混合粉末，基体粉末为铝粉；步骤S22，将改性石墨烯-Al混合粉末、增强剂、表面改性剂和熔融基体金属液混合，得到混合液，表面改性剂为Ti、Zr和Cr组成的组中的一种或多种，且表面改性剂的粒径为20～60μm，熔融基体金属液为熔融铝液或熔融铝合金液，基体粉末和熔融基体金属液构成基体原料；步骤S23，将混合液进行浇铸，得到石墨烯增强铝基材料。
进一步地，上述改性石墨烯与基体粉末的质量比为0.4～0.6：1，优选步骤S21包括：将基体粉末与改性石墨烯在第二溶剂中进行第二次超声分散，得到第二初混物，优选基体粉末的粒径为0.01～100μm，优选第二溶剂为乙醇或去离子水；优选第二次超声分散的超声功率为0.2～2Kw、时间为15～60min；将第二初混物进行第二低温球磨混合，得到第二混合物，优选第二低温球磨的转速为200～400r/min、时间为4～6h，优选第二低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩；将第二混合物进行干燥，得到改性石墨烯-Al混合粉末。
进一步地，上述混合液中，改性石墨烯-Al混合粉末的质量百分含量为5～15％，增强剂的质量百分含量为0.5～3％，表面改性剂的质量百分含量为1～5％，熔融基体金属液的质量百分含量为77～93.5％，优选增强剂的平均粒径为0.01～30μm。
进一步地，上述步骤S2包括：步骤S21’，将增强剂、改性石墨烯与基体粉末混合，得到改性石墨烯-Al混合粉末，基体粉末为铝粉或铝合金粉，优选基体粉末的平均粒径为0.1～100μm，优选增强剂的平均粒径为0.01～30μm，优选改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分含量为1～10％、增强剂的质量百分含量为0.5～3％、基体粉末的质量百分含量为87～98.5％；步骤S22’，将改性石墨烯-Al混合粉末进行冷压预成型处理，得到预冷压坯料，优选预冷压成型处理时，压力为200～300MPa，保压时间为30～60min；步骤S23’，对预冷压坯料进行真空预烧结处理，得到预烧结坯料，优选真空预烧结处理时，烧结温度为500～680℃、保温时间为60～120min、升温速率为3～8℃/min，优选在真空预烧结处理过程中通入保护性气氛，优选保护性气氛为氮气或氩气；步骤S24’，对预烧结坯料进行热挤压处理，得到石墨烯增强铝基材料，优选热挤压处理时，挤压温度为400～500℃、挤压比为8～12。
进一步地，上述步骤S21’包括：将增强剂、改性石墨烯与基体粉末在第三溶剂中进行第三次超声分散，得到第三初混物，优选第三溶剂为乙醇或去离子水；优选第三次超声分散的超声功率为0.2～2Kw、时间为15～30min；将第三初混物进行第三低温球磨混合，得到第三混合物，优选第三低温球磨的转速为200～400r/min、时间为4～6h，优选第三低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩；将第三混合物进行干燥处理，得到改性石墨烯-Al混合粉末。
根据本发明的另一方面，提供了一种石墨烯增强铝基材料，该石墨烯增强铝基材料采用上述任一种的制备方法制备而成，优选石墨烯增强铝基材料的抗拉强度在300MPa以上、屈服强度在230MPa以上。
根据本发明的又一方面，提供了一种铝合金零部件，采用石墨烯增强铝基材料为基材制备而成，该石墨烯增强铝基材料为上述的石墨烯增强铝基材料。
进一步地，上述铝合金零部件为涡旋盘、支架、十字滑环、涡旋压缩机的壳体或涡旋压缩机的端盖。
进一步地，上述铝合金零部件具有接触面，至少一个接触面具有多个微盲孔或耐磨润滑涂层。
进一步地，上述十字滑环包括：环状本体，动盘限位凸键，设置在环状本体上并沿垂直于环状本体所在平面的方向相对于环状本体凸出，且动盘限位凸键具有与动盘接触的接触面；支架限位凸键，设置在环状本体上且支架限位凸键与动盘限位凸键的凸出方向相反，且支架限位凸键具有与支架接触的接触面，至少一个接触面具有多个微盲孔或耐磨润滑涂层。
进一步地，上述微盲孔的孔深为5～10μm，优选微盲孔的横截面为椭圆形，椭圆形的短径与长径比为1:3～1:2，优选微盲孔的长径延伸方向与环状本体所在平面平行。
进一步地，上述各接触面上的微盲孔的总面积为接触面的面积的8～12％。
进一步地，上述耐磨润滑涂层的耐磨相为Al2O3、ZrO2、TiO、SiC、TiC、TiB2、TiN和DLC组成的组中的一种或多种的混合物，润滑相为PTFE、MoS2、WS2、有机硅和石墨组成的组中的一种或多种的混合物。
根据本发明的再一方面，提供了一种压缩机，具有铝合金零部件，该铝合金零部件为上述任一种的铝合金零部件。
进一步地，上述压缩机为涡旋式压缩机、转子式压缩机、活塞式压缩机或滑片式压缩机。
应用本发明的技术方案，本申请利用钛、硼、钨、锆、硅作为改性剂，在改性石墨烯中形成TiC、B4C、WC、ZrC或SiC，TiC、B4C、WC、ZrC或SiC作为强化相和耐磨相可以提高铝基材的强度和耐磨性能；另外，同时利用增强剂和改性石墨烯对基体原料进行进一步改性，进一步提高了基体原料的强度和耐磨性能。在将本申请的石墨烯增强铝基材料制备成铝合金零部件应用至压缩机的十字滑环时，会在很大程度上增强十字滑环的抗冲击强度、抗冲击韧性和自润滑性能，有效缓解了十字滑环上凸键的断裂情况。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施例示出的防自转十字滑环三维结构图；
图2示出了根据本发明的一种实施例示出的十字滑环防自转滑动面的微盲孔图；
图3示出了根据本发明的一种实施例示出的十字滑环动与静盘接触面的微盲孔图；
图4示出了图2中A处的放大图；
图5示出了图2中A处的微盲孔截面剖视图；
图6示出了图3中B处的放大图；
图7示出了图3中B处的微盲孔截面剖视图；
图8示出了根据本发明的一种实施例示出的涡旋压缩机泵体组件爆炸图；
图9示出了图8所示的涡旋压缩机泵体剖面组件的剖视图及十字滑环运动原理图；
图10示出了图8的动涡旋盘结构示意图；
图11示出了图8的十字滑环仰视图；
图12示出了图8的支架结构示意图；
图13示出了图8的十字滑环俯视图；
图14示出了本申请一种实施例提供的石墨烯增强铝基材料的制备方法的流程示意图，其中的涉及元素的描述仅为举例性描述；以及
图15示出了本申请另一种实施例提供的石墨烯增强铝基材料的制备方法的流程示意图，其中的涉及元素的描述仅为举例性描述。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、静涡旋盘；20、动涡旋盘；21、动盘防自转凹槽；30、防自转十字滑环；31、十字滑环动盘侧限位凸键；32、十字滑环支架侧限位凸键；33、十字滑环动盘侧轴向接触摩擦面；34、十字滑环支架侧轴向接触摩擦面；40、支架；41、支架防自转凹槽；50、高分子密封环；60、轴承衬套；21a、动盘防自转凹槽第一接触滑动面；21b、动盘防自转凹槽第二接触滑动面；31a、十字滑环动盘侧限位凸键第一接触滑动面；31b、十字滑环动盘侧限位凸键第二接触滑动面；33a、动盘侧轴向第一接触摩擦面；33b、动盘侧轴向第二接触摩擦面；31、十字滑环动盘侧限位凸键；32a、十字滑环支架侧限位凸键第一接触滑动面；32b、十字滑环支架侧限位凸键第二接触滑动面；34a、支架侧轴向第一接触摩擦面；34b、支架侧轴向第二接触摩擦面；41a、支架防自转凹槽第一接触滑动面；41b、支架防自转凹槽第二接触滑动面；70、滑动面微盲孔；80、接触摩擦面微盲孔；a1、滑动面椭圆微孔长径；b1、滑动面椭圆微孔短径；h1、滑动面椭圆微孔孔深；a2、接触摩擦面椭圆微孔长径；b2、接触摩擦面椭圆微孔短径；h2、接触摩擦面椭圆微孔孔深。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术的十字滑环材质的自润滑性能不足，导致与支架和动盘的接触面磨损率较高，为了解决该问题，本申请提供了一种石墨烯增强铝基材料、其制备方法、铝合金零部件及压缩机。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种石墨烯增强铝基材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，提供改性石墨烯，改性石墨烯包括石墨烯主体和附着在石墨烯主体表面的改性材料，改性材料为TiC、B4C、WC、ZrC和SiC中的一种或多种；步骤S2，将基体原料、增强剂与改性石墨烯混合后进行成型处理，得到石墨烯增强铝基材料，增强剂选自Cu、Mg、Zn中的一种或多种的合金、或碳纳米管。
本申请利用钛、硼、钨、锆、硅作为改性剂，在改性石墨烯中形成TiC、B4C、WC、ZrC或SiC，TiC、B4C、WC、ZrC或SiC作为强化相和耐磨相可以提高铝基材的强度和耐磨性能；另外，同时利用增强剂和改性石墨烯对基体原料进行进一步改性，进一步提高了基体原料的强度和耐磨性能。在将本申请的石墨烯增强铝基材料制备成铝合金零部件应用至压缩机的十字滑环时，会在很大程度上增强十字滑环的抗冲击强度、抗冲击韧性和自润滑性能，有效缓解了十字滑环上凸键的断裂情况。
用于本申请的改性石墨烯可以为现有技术中的改性石墨烯或者采用现有技术的方法制备的改性石墨烯，为了提高TiC、B4C、WC、ZrC或SiC的比例，优选上述改性石墨烯中，含有Ti时钛元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有B时硼元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有W时钨元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Zr时锆元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Si时硅元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，。
在本申请一种实施例中，上述步骤S1包括：步骤S11，将石墨烯和改性剂在第一溶剂中进行第一次超声分散，得到第一初混物，改性剂为Ti粉、B粉、W粉、Zr粉和Si粉中的任意一种或多种，优选改性剂的平均粒径为5～30μm，优选石墨烯的粒径为5～15μm，优选第一溶剂为乙醇或去离子水，优选第一次超声分散的功率为0.2～2Kw；步骤S12，将第一初混物进行第一低温球磨混合，得到第一混合物，优选第一低温球磨的转速为200～400r/min、时间为3～5h，优选第一低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩；步骤S13，将第一混合物进行干燥，得到第一干混物；以及步骤S14，对第一干混物进行真空烧结，得到改性石墨烯，优选真空烧结的温度为1150～1250℃、时间为1～3h，优选步骤S11包括：将石墨烯在第一溶剂中超声分散15～30min后，向第一溶剂中加入改性剂并继续进行超声分散15～60min，得到第一初混物。
本申请所用的石墨烯与本领域常用的石墨烯相同，均为氧化还原工艺得到的石墨烯，实施例中成为氧化还原石墨烯。上述步骤S1中，通过超声分散处理，利用超声波的空化作用将石墨烯团聚的纳米相分散开，以及破坏使石墨之间的大π键，从而在一定程度上改善了纳米相的分散性，上述超声分散的功率、超声分散的时间有助于进一步改善纳米相的分散性及石墨间大π键的结合；低温球磨处理进一步提高了石墨烯和改性剂的混合均匀性，上述低温球磨处理的条件有助于高效地改善物料混合均匀性。另外采用液氮或液氩作为低温球磨处理的保护介质，可以保证球磨过程中的低温，能够使形成的复合粉末更稳定，减少球磨过程中的热量聚集，减少氧化现象和冷焊的发生。
本申请的上述步骤S2可以根据所制备的零件对于强度和耐磨性的不同要求而进行调整，在本申请一种实施例中，上述步骤S2包括：步骤S21，将基体粉末与改性石墨烯混合，得到改性石墨烯-Al混合粉末，基体粉末为铝粉；步骤S22，将改性石墨烯-Al混合粉末、增强剂、表面改性剂和熔融基体金属液混合，得到混合液，表面改性剂为Ti、Zr和Cr组成的组中的一种或多种，熔融基体金属液为熔融铝液或熔融铝合金液，基体粉末和熔融基体金属液构成基体原料；步骤S23，将混合液进行浇铸，得到石墨烯增强铝基材料。上述过程中，基体粉末、表面改性剂和熔融基体金属液均为基体原料。
上述实施例中，首先将基体粉末和改性石墨烯混合，使得基体粉末与改性石墨烯充分混合，而且还使得基体粉末与改性石墨烯的粒径基本保持一致，这样会更好的融入金属溶液中；然后再将改性石墨烯-Al混合粉末、增强剂、表面改性剂和熔融基体金属液混合，其中被石墨烯包覆的TiC/B4C/WC/ZrC/SiC、增强剂以及表面改性剂与熔融基体金属液充分接触，表面改性剂进一步改善了TiC/B4C/WC/ZrC/SiC与熔融基体金属液表面的润湿性(润湿性是指液体或熔体在固体表面铺展的能力或倾向性)，使得熔融基体金属液在TiC/B4C/WC/ZrC/SiC固体强化颗粒表面上的铺展倾向更高，铺展效果更好。
优选上述改性石墨烯与基体粉末的质量比为0.4～0.6：1，在保证提升成型的石墨烯增强铝合金复合材料的材料性能的同时，还能减少对成本相对较高的石墨烯原料及改性材料的使用量，降低生产成本。
为了进一步提高改性石墨烯和基体粉末的混合均匀性和稳定性，优选上述步骤S21包括：将基体粉末与改性石墨烯在第二溶剂中进行第二次超声分散，得到第二初混物，优选基体粉末的粒径为0.01～10μm；优选第二溶剂为乙醇或去离子水；优选第二次超声分散的超声功率为0.2～2Kw、时间为15～30min；将第二初混物进行第二低温球磨混合，得到第二混合物，优选第二低温球磨的转速为200～400r/min、时间为4～6h，优选第二低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩；将第二混合物进行干燥，得到改性石墨烯-Al混合粉末。
由于增强剂和表面改性剂对于所形成的石墨烯增强铝基材料的强度和自润滑性能具有改善作用，为了提高石墨烯增强铝基材料的综合力学性能和自润滑性能，优选上述混合液中，改性石墨烯-Al混合粉末的质量百分含量为5～15％，增强剂的质量百分含量为0.5～3％，表面改性剂的质量百分含量为1～5％，熔融基体金属液的质量百分含量为77～93.5％，优选增强剂的平均粒径为0.01～30μm。
在本申请另一种实施例中，上述步骤S2包括：步骤S21’，将增强剂、改性石墨烯与基体粉末混合，得到改性石墨烯-Al混合粉末，基体粉末为铝粉或铝合金粉，优选基体粉末的平均粒径为0.1～100μm，优选增强剂的平均粒径为0.01～30μm，优选改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分含量为1～10％、增强剂的质量百分含量为0.5～3％、基体粉末的质量百分含量为87～98.5％；步骤S22’，将改性石墨烯-Al混合粉末进行冷压预成型处理，得到预冷压坯料，优选预冷压成型处理时，压力为200～300MPa，保压时间为30～60min；步骤S23’，对预冷压坯料进行真空预烧结处理，得到预烧结坯料，优选真空预烧结处理时，烧结温度为500～680℃、保温时间为60～120min、升温速率为3～8℃/min，优选在真空预烧结处理过程中通入保护性气氛，优选保护性气氛为氮气或氩气；步骤S24’，对预烧结坯料进行热挤压处理，得到石墨烯增强铝基材料，优选热挤压处理时，挤压温度为400～500℃、挤压比为8～12。上述基体粉末即为前述的基体原料。
上述实施例中的，首先将增强剂、所述改性石墨烯与基体粉末混合，利用增强剂和改性石墨烯改善基体粉末的自润滑性能和强度；预冷压是为了得到一定形状的坯料；再预烧结处理也是为了增强混合粉末间的结合强度，保证混合的粉料不会因外界环境的物理震动因素的影响而出现部分脱落的情况；最后做热挤压处理是为了使复合材料变得更致密，排除粉末成型的复合材料中气孔对其材料性能的不利影响。
为了提高增强剂、改性石墨烯与基体粉末的混合均匀性，优选上述步骤S21’包括：将增强剂、改性石墨烯与基体粉末在第三溶剂中进行第三次超声分散，得到第三初混物，优选第三溶剂为乙醇或去离子水；优选第三次超声分散的超声功率为0.2～2Kw、时间为15～30min；将第三初混物进行第三低温球磨混合，得到第三混合物，优选第三低温球磨的转速为200～400r/min、时间为4～6h，优选第三低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩；将第三混合物进行干燥处理，得到改性石墨烯-Al混合粉末。超声分散有助于将改性石墨烯、基体粉末团聚的纳米相分开，以使得增强剂和基体粉末以及纳米石墨烯在纳米级别混合均匀；再利用低温球磨处理进一步提高混合的均匀性。另外采用液氮或液氩作为低温球磨处理的保护介质，可以保证球磨过程中的低温，能够使形成的复合粉末更稳定，减少球磨过程中的热量聚集，减少氧化现象和冷焊的发生。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种石墨烯增强铝基材料，该石墨烯增强铝基材料采用上述任一种的制备方法制备而成，优选石墨烯增强铝基材料的抗拉强度在300MPa以上、屈服强度在230MPa以上。本申请的上述制备方法制备而成的石墨烯增强铝基材料具有较高的自润滑性能、抗冲击强度和抗冲击韧性。
在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种铝合金零部件，采用石墨烯增强铝基材料为基材制备而成，该石墨烯增强铝基材料为上述任一种的石墨烯增强铝基材料。本申请的铝合金零部件的自润滑性能、抗冲击强度和抗冲击韧性也较高。
基于本申请的铝合金零部件的上述性能，将该铝合金零部件可以作为涡旋盘、支架、十字滑环、涡旋压缩机的壳体或涡旋压缩机的端盖，而且还可以取得理想的使用效果。
由于上述铝合金零部件在应用时需要与其它零部件进行配合，因此铝合金零部件具有接触面，优选至少一个接触面具有多个微盲孔或耐磨润滑涂层。比如将微盲孔设置在涡旋压缩机的涡旋盘、曲轴、支架及偏心套等零部件上，将微盲孔设置在转子压缩机的滚子、曲轴、汽缸、法兰、隔板及滑片等零部件上，将微盲孔设置在滑片压缩机的汽缸、法兰、滑片及曲轴等零部件上，将微盲孔设置在活塞压缩机的曲轴、活塞、汽缸、连杆及斜盘等零部件上。
在一种实施例中，上述十字滑环包括环状本体、动盘限位凸键和支架限位凸键，动盘限位凸键设置在环状本体上并沿垂直于环状本体所在平面的方向相对于环状本体凸出，且动盘限位凸键具有与动盘接触的接触面；支架限位凸键设置在环状本体上且支架限位凸键与动盘限位凸键的凸出方向相反，且支架限位凸键具有与支架接触的接触面，至少一个接触面具有多个微盲孔或耐磨润滑涂层。
上述微盲孔具有储存油膜及磨损的金属微小杂质颗粒的作用，从而降低发生磨粒磨损的几率，提升零部件表面的润滑性能，增强压缩机在高频率、高负荷及高转速的工况下运行的可靠性，提升压缩机的使用寿命。在基于本申请的石墨烯增强铝基材料的基础上，将零部件的接触面设置微盲孔或耐磨润滑涂层，使零部件的接触面的自润滑效果达到最佳，达到了降低压缩机整机的噪声和振动的目的，更提升了压缩机整机的可靠性和使用寿命
可以采用机械加工、激光加工、电火花加工、超声加工、电子束加工的其中一种或多种复合加工工艺成型出微孔，或者在这些零部件的接触摩擦面上通过涂覆设置耐磨润滑涂层。
在保证十字滑环具有高强度基础上，优选上述微盲孔的孔深为5～10μm，优选微盲孔的横截面为椭圆形，椭圆形的短径与长径比为1:3～1:2，以提供更好地的自润滑效果。此外，优选微盲孔的长径延伸方向与环状本体所在平面平行，从而使这项零部件接触面上能形成产生动压效应的流体膜，从而使运动表面形成被流体(如润滑油、冷媒、气体等)分隔开的润滑表面，进而增强润滑性，降低零部件接触表面因直接接触摩擦而失效的概率。
通过微盲孔的设置提高了接触面的自润滑性能，为了进一步保证十字滑环工作的稳定性，优选各接触面上的微盲孔的总面积为接触面的面积的8～12％。
用于本申请的耐磨润滑涂层可以选择现有技术中具有润滑性能和/或耐磨性能的材料通过PVD(真空蒸镀、离子溅射、离子束)、CVD、喷涂、浸涂、刷涂等方法设置在接触面上，优选地，上述耐磨润滑涂层的耐磨相为Al2O3、ZrO2、TiO、SiC、TiC、TiB2、TiN和DLC组成的组中的一种或多种的混合物，润滑相为PTFE、MoS2、WS2、有机硅和石墨组成的组中的一种或多种的混合物。
以下结合附图对上述接触面的位置和工作原理进行说明。
如图8和9所示，该涡旋压缩机精加工后的泵体组件，包括静涡旋盘10、动涡旋盘20、防自转十字滑环30、支架40、高分子密封环50及轴承衬套60。其中动涡旋盘20上的开设有动盘防自转凹槽21，对应的防自转十字滑环30上开设有十字滑环动盘侧限位凸键31；其中支架40上开设有支架防自转凹槽41对应防自转十字滑环30上开设有十字滑环支架侧限位凸键32。
如图9至13所示，涡旋压缩机在运行过程，十字滑环动盘侧防自转限位凸键31在动盘防自转凹槽21内做滑动，十字滑环支架侧限位凸键32在支架防自转凹槽41内做滑动。进一步的，在限位防自转过程中，动盘防自转凹槽21的动盘防自转凹槽第一接触滑动面21a与十字滑环动盘侧限位凸键31的十字滑环动盘侧限位凸键第一接触滑动面31a做相对滑动；动盘防自转凹槽21的动盘防自转凹槽第二接触滑动面21b与十字滑环动盘侧限位凸键31的十字滑环动盘侧限位凸键第二接触摩擦面31b做相对滑动。进一步的，在限位防自转过程中，支架防自转凹槽41的支架防自转凹槽第一接触滑动面41a与十字滑环支架侧限位凸键32的十字滑环支架侧限位凸键第一接触滑动面32a做相对滑动；支架防自转凹槽41的支架防自转凹槽第二接触滑动面41b与十字滑环支架侧限位凸键32的十字滑环支架侧限位凸键第二接触滑动面32b做相对滑动。进一步的，在限位防自转过程中，十字滑环动盘侧轴向接触摩擦面33上的动盘侧轴向第一接触摩擦面33a和动盘侧轴向第二接触摩擦面33b都与动涡旋盘20的背面相接触，且动盘侧轴向第一接触摩擦面33a和动盘侧轴向第一接触摩擦面33b在同一个平面上。进一步的，在限位防自转过程中，十字滑环支架侧轴向接触摩擦面34上的支架侧轴向第一接触摩擦面34a和支架侧轴向第二接触摩擦面34b都与支架40的正面相接触，且支架侧轴向第一接触摩擦面34a和支架侧轴向第一接触摩擦面34b在同一个平面上。上述各接触摩擦面即为前述的接触面。
如图1所示，在防自转十字滑环30的十字滑环动盘侧限位凸键31和十字滑环支架侧限位凸键32的接触摩擦面上织构有微盲孔，即在十字滑环动盘侧限位凸键第一接触滑动面31a、十字滑环动盘侧限位凸键第二接触摩擦面31b、十字滑环支架侧限位凸键第一接触滑动面32a及十字滑环支架侧限位凸键第二接触滑动面32b上织构了滑动面微盲孔70。
进一步的，如图2所示，滑动面微盲孔70的面积占该滑动面总面积的8～12％。即十字滑环动盘侧限位凸键第一接触滑动面31a上滑动面微盲孔70的面积为十字滑环动盘侧限位凸键第一接触滑动面31a总面积的8～12％；十字滑环动盘侧限位凸键第二接触摩擦面31b上滑动面微盲孔70的面积为十字滑环动盘侧限位凸键第二接触摩擦面31b总面积的8～12％；十字滑环支架侧限位凸键第一接触滑动面32a上滑动面微盲孔70的面积为十字滑环支架侧限位凸键第一接触滑动面32a总面积的8～12％；十字滑环支架侧限位凸键第二接触滑动面32b上滑动面微盲孔70的面积为十字滑环支架侧限位凸键第二接触滑动面32b总面积的8～12％。
如图4至图5所示，滑动面微盲孔70的孔形为椭圆形。滑动面微盲孔70的朝向与图4中防自转十字滑环30相对于动涡旋盘20及支架40的滑动方向一致。即滑动面微盲孔70椭圆长径的朝向与防自转十字滑环30的相对滑动方向一致，滑动面微盲孔70椭圆短径的朝向与防自转十字滑环30的相对滑动方向垂直。滑动面微盲孔70的椭圆短径b1与椭圆长径a1的长度之比为1/3～1/2，即b1：a1＝1/3～1/2。滑动面微盲孔70的孔深h1为5～10μm，即h1＝5～10μm。
如图1所示，在防自转十字滑环30的十字滑环动盘侧轴向接触摩擦面33和十字滑环支架侧轴向接触摩擦面34上也织构有微盲孔，即在动盘侧轴向第一接触摩擦面33a、动盘侧轴向第二接触摩擦面33b、支架侧轴向第一接触摩擦面34a及支架侧轴向第二接触摩擦面34b上都织构了接触摩擦面微盲孔80。如图3所示，接触摩擦面微盲孔80的面积也占该接触摩擦面总面积的8～12％。即动盘侧轴向第一接触摩擦面33a上摩擦面微盲孔80的面积为动盘侧轴向第一接触摩擦面33a总面积的8～12％；动盘侧轴向第二接触摩擦面33b上摩擦面微盲孔80的面积为动盘侧轴向第二接触摩擦面33b总面积的8～12％；支架侧轴向第一接触摩擦面34a上摩擦面微盲孔80的面积为支架侧轴向第一接触摩擦面34a总面积的8～12％；支架侧轴向第二接触摩擦面34b上摩擦面微盲孔80的面积为支架侧轴向第二接触摩擦面34b总面积的8～12％。如图6至图7所示，接触摩擦面微盲孔80的孔形也为椭圆形。接触摩擦面微盲孔80的朝向与防自转十字滑环30圆的切向一致。即接触摩擦面微盲孔80的椭圆长径的方向与防自转十字滑环30圆的切向一致，接触摩擦面微盲孔80的椭圆短径的方向与防自转十字滑环30圆的径向一致。接触摩擦面微盲孔80的椭圆短径b2与椭圆长径a2的长度之比为1/3～1/2，即b1：a2＝1/3～1/2。接触摩擦面微盲孔80的孔深h2为5～10μm，即h2＝5～10μm。
在本申请再一种典型的实施方式中，提供了一种压缩机，具有铝合金零部件，该铝合金零部件为上述任一种的铝合金零部件。具有本申请的铝合金零部件的压缩机，工作稳定性较高、使用寿命较长。
进一步地，上述压缩机可以为涡旋式压缩机、转子式压缩机、活塞式压缩机或滑片式压缩机。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
按照图14所示的流程制作石墨烯增强铝基复合材料，具体地：
先将氧化还原石墨烯加入乙醇溶液中，使用功率为2Kw的超声波对其做30min的分散处理，再将Si粉加入到上述已做完超声分散处理的氧化还原石墨烯-乙醇分散液中，再使用超声波对其做60min的分散处理，得到第一初混物，氧化还原石墨烯的平均粒径为15μm，Si粉的平均粒径为30μm；Si粉与石墨烯的质量比为0.4：1。
将上述第一初混物做低温球磨混合处理，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合时的转速为300r/min，球磨时间为3h，得到第一混合物。
将上述得到第一混合物进行真空干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为2h，得到第一干混物。
将第一干混物在真空炉内做烧结处理，烧结处理的烧结温度为1200℃，烧结时间为3h得到改性石墨烯。
将上述改性石墨烯与高纯铝粉在乙醇中进行超声分散混合，得到第二初混物，超声功率为2Kw，时间为60min，高纯铝粉的平均粒径为100μm，改性石墨烯与高纯铝粉的质量比为0.4：1。
将所述第二初混物进行低温球磨混合处理得到第二混合物，低温球磨混合处理中球磨机的转速为300r/min，球磨时间为6h。
将第二混合物做真空干燥处理得到改性石墨烯-Al混合粉末，真空干燥处理的干燥温度为80℃，干燥时间为2h。
将改性石墨烯-Al混合物粉末与Cu粉及Ti粉(作为表面改性剂)加入到熔融的铝液中，并搅拌均匀得到混合液，其中，改性石墨烯-Al混合物粉末的质量百分比为5％，Cu粉的质量百分比为2％，Ti粉的质量百分比为3％，铝液的质量百分比为90％。Cu粉的平均粒径为30μm，Ti粉的平均粒径为40μm。
将混合液进行浇铸到一定形状的模具中，待熔体冷却到半固态时，采用挤压锻造成型的工艺来成型出相应的半精件。
实施例2
与实施例1的区别在于：
将改性石墨烯-Al混合物粉末与Cu粉及Ti粉加入到熔融的铝液中，并搅拌均匀得到混合液，其中，改性石墨烯-Al混合物粉末的质量百分比为10％，Cu粉的质量百分比为2％，Ti粉的质量百分比为3％，铝液的质量百分比为85％。Cu粉的平均粒径为30μm，Ti粉的平均粒径为40μm。
实施例3
与实施例1的区别在于：将改性石墨烯-Al混合物粉末与Cu粉及Ti粉加入到熔融的铝液中，并搅拌均匀得到混合液，其中，改性石墨烯-Al混合物粉末的质量百分比为5％，Cu粉的质量百分比为2％，Ti粉的质量百分比为3％，铝液的质量百分比为90％。Cu粉的平均粒径为30μm，Ti粉的平均粒径约为40μm。
将混合液采用压铸成型的工艺来成型出相应的半精件。
实施例4
与实施例1的区别在于：将改性石墨烯-Al混合物粉末与Cu粉及Ti粉加入到熔融的铝液中，并搅拌均匀得到混合液，其中，改性石墨烯-Al混合物粉末的质量百分比为15％，Cu粉的质量百分比为3％，Ti粉的质量百分比为5％，铝液的质量百分比为77％。Cu粉的平均粒径为30μm，Ti粉的平均粒径约为20μm。
实施例5
与实施例1的区别在于，将改性石墨烯-Al混合物粉末与Cu粉及Ti粉加入到熔融的铝液中，并搅拌均匀得到混合液，其中，改性石墨烯-Al混合物粉末的质量百分比为5％，Cu粉的质量百分比为0.5％，Ti粉的质量百分比为1％，铝液的质量百分比为93.5％。Cu粉的平均粒径为30μm，Ti粉的平均粒径约为60μm。
实施例6
与实施例1的区别在于：将改性石墨烯-Al混合物粉末与Cu粉及Ti粉加入到熔融的铝液中，并搅拌均匀得到混合液，其中，改性石墨烯-Al混合物粉末的质量百分比为1％，Cu粉的质量百分比为2％，Ti粉的质量百分比为3％，铝液的质量百分比为94％。Cu粉的平均粒径为30μm，Ti粉的平均粒径为40μm。
实施例7
与实施例1不同之处在于，改性石墨烯的制备方法不同，具体地：
先将氧化还原石墨烯加入乙醇溶液中，使用功率为2Kw的超声波对其做30min的分散处理，再将Si粉加入到上述已做完超声分散处理的氧化还原石墨烯-乙醇分散液中，再使用超声波对其做60min的分散处理，得到第一初混物，石墨烯的平均粒径为10μm，Si粉的平均粒径为30μm；Si粉与氧化还原石墨烯的质量比为0.4：1。
将上述第一初混物做低温球磨混合处理，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合时的转速为200r/min，球磨时间为6h，得到第一混合物。
将上述得到第一混合物进行真空干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为2h，得到第一干混物。
将第一干混物在真空炉内做烧结处理，烧结处理的烧结温度为1200℃，烧结时间为3h得到改性石墨烯。
实施例8
与实施例1不同之处在于，改性石墨烯的制备方法不同，具体地：
先将氧化还原石墨烯加入乙醇溶液中，使用功率为2Kw的超声波对其做30min的分散处理，再将Si粉加入到上述已做完超声分散处理的氧化还原石墨烯-乙醇分散液中，再使用超声波对其做60min的分散处理，得到第一初混物，石墨烯的平均粒径为10μm，Si粉的平均粒径为30μm；Si粉与石墨烯的质量比为0.4：1。
将上述第一初混物做低温球磨混合处理，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合时的转速为400r/min，球磨时间为6h，得到第一混合物。
将上述得到第一混合物进行真空干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为2h，得到第一干混物。
将第一干混物在真空炉内做烧结处理，烧结处理的烧结温度为1200℃，烧结时间为3h得到改性石墨烯。
实施例9
与实施例1不同之处在于，改性石墨烯的制备方法不同，具体地：
先将氧化还原石墨烯加入乙醇溶液中，使用功率为2Kw的超声波对其做30min的分散处理，再将Si粉加入到上述已做完超声分散处理的氧化还原石墨烯-乙醇分散液中，再使用超声波对其做2h的分散处理，得到第一初混物，石墨烯的平均粒径为10μm，Si粉的平均粒径为20μm；Si粉与石墨烯的质量比为0.4：1。
将上述第一初混物做低温球磨混合处理，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合时的转速为300r/min，球磨时间为6h，得到第一混合物。
将上述得到第一混合物进行真空干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为2h，得到第一干混物。
将第一干混物在真空炉内做烧结处理，烧结处理的烧结温度为800℃，烧结时间为3h得到改性石墨烯。
实施例10
与实施例1不同之处在于，改性石墨烯的制备方法不同，具体地：
先将氧化还原石墨烯加入乙醇溶液中，使用功率为0.2Kw的超声波对其做15min的分散处理，再将Si粉加入到上述已做完超声分散处理的氧化还原石墨烯-乙醇分散液中，再使用超声波对其做15min的分散处理，得到第一初混物，石墨烯的平均粒径为5μm，Si粉的平均粒径为5μm；Si粉与石墨烯的质量比为0.58：1。
将上述第一初混物做低温球磨混合处理，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合时的转速为300r/min，球磨时间为6h，得到第一混合物。
将上述得到第一混合物进行真空干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为2h，得到第一干混物。
将第一干混物在真空炉内做烧结处理，烧结处理的烧结温度为1200℃，烧结时间为3h得到改性石墨烯。
实施例11
与实施例1不同之处在于，改性石墨烯所用的改性剂不同，即采用等量的W替换Si。
实施例12
与实施例1不同之处在于，改性石墨烯所用的改性剂不同，即采用等量的B替换Si。
实施例13
与实施例1不同之处在于，改性石墨烯所用的改性剂不同，即采用等量的Zr替换Si。
实施例14
与实施例1不同之处在于：将改性石墨烯-Al混合物粉末与Cu粉及Cr粉加入到熔融的铝液中，并搅拌均匀得到混合液，其中，改性石墨烯-Al混合物粉末的质量百分比为5％，Cu粉的质量百分比为2％，Cr粉的质量百分比为3％，铝液的质量百分比为90％。Cu粉的平均粒径为30μm，Cr的平均粒径约为40μm。
实施例15
与实施例1不同之处在于：将改性石墨烯-Al混合粉末与Mg粉及Ti粉加入到熔融的铝液中，并搅拌得到混合液，其中，改性石墨烯-Al混合物粉末的质量百分百为5％，Mg粉的质量百分比为2％，Ti粉的质量百分百为3％，铝液的质量百分百为90％。Mg粉的平均粒径为30μm，Ti的平均粒径约为40μm。
实施例16
与实施例1不同之处在于：将改性石墨烯-Al混合粉末与CNTs及Ti粉加入到熔融的铝液中，并搅拌得到混合液，其中，改性石墨烯-Al混合物粉末的质量百分百为5％，CNTs的质量百分比为2％，Ti粉的质量百分百为3％，铝液的质量百分百为90％。Mg粉的平均粒径为30μm，CNTs的平均管径约为30nm。
实施例17
按照图15所示的流程制备石墨烯增强铝基复合材料，具体地：
先将氧化还原石墨烯加入乙醇溶液中，使用功率为2Kw的超声波对其做30min的分散处理，再将Si粉加入到上述已做完超声分散处理的氧化还原石墨烯-乙醇分散液中，再使用超声波对其做60min的分散处理，得到第一初混物，石墨烯的平均粒径为15μm，Si粉的平均粒径为30μm；Si粉与石墨烯的质量比为0.4：1。
将上述第一初混物做低温球磨混合处理，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合时的转速为300r/min，球磨时间为3h，得到第一混合物。
将上述得到第一混合物进行真空干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为2h，得到第一干混物。
将第一干混物在真空炉内做烧结处理，烧结处理的烧结温度为1200℃，烧结时间为3h得到改性石墨烯。
将上述改性石墨烯与Al粉、Cu粉在乙醇中超声分散处理，得到第三初混物，其中，Al粉的平均粒径为100μm，Cu粉的平均粒径为30μm；超声分散处理的超声功率为2Kw，分散时间为60min。
将第三初混物进行低温球磨混合处理，得到第三混合物，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合的转速为300r/min，球磨时间为6h。
将第三混合物进行真空干燥处理，得到改性石墨烯-Al混合粉末，真空干燥处理的干燥温度为80℃，干燥时间为2h。改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分比为5％，Cu粉的质量百分比为2％，Al粉的质量百分比为93％。
将改性石墨烯-Al混合粉末倒入钢质模具中做冷压处理，得到预冷压坯料，冷压处理的压力为200MPa，保压时间为30min。
将预冷压坯料做真空预烧结处理，并在烧结过程中通入氮气，得到预烧结坯料；真空预烧结处理的烧结温度为650℃，保温时间为120min，烧结的升温速率控制在3～8℃/min的范围内。
将预烧结坯料做进一步的热挤压处理，最终得到组织致密且结构简单的石墨烯增强铝基复合材料，热挤压处理的挤压温度为450℃，挤压比为10。
实施例18
按照图15所示的流程制备石墨烯增强铝基复合材料，具体地：
按照实施例8的方法制备改性石墨烯。
将上述改性石墨烯与Al粉、Cu粉在乙醇中超声分散处理，得到第三初混物，其中，Al粉的平均粒径为100μm，Cu粉的平均粒径为30μm；超声分散处理的超声功率为2Kw，分散时间为60min。
将第三初混物进行低温球磨混合处理，得到第三混合物，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合的转速为300r/min，球磨时间为6h。
将第三混合物进行真空干燥处理，得到改性石墨烯-Al混合粉末，真空干燥处理的干燥温度为80℃，干燥时间为2h。改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分比为5％，Cu粉的质量百分比为3％，Al粉的质量百分比为92％。
将改性石墨烯-Al混合粉末倒入钢质模具中做冷压处理，得到预冷压坯料，冷压处理的压力为200MPa，保压时间为30min。
将预冷压坯料做真空预烧结处理，并在烧结过程中通入氮气，得到预烧结坯料；真空预烧结处理的烧结温度为650℃，保温时间为120min，烧结的升温速率控制在3～8℃/min的范围内。
将预烧结坯料做进一步的热挤压处理，最终得到组织致密且结构简单的石墨烯增强铝基复合材料，热挤压处理的挤压温度为450℃，挤压比为10。
实施例19
按照图15所示的流程制备石墨烯增强铝基复合材料，具体地：
按照实施例8的方法制备改性石墨烯。
将上述改性石墨烯与Al粉、Cu粉在乙醇中超声分散处理，得到第三初混物，其中，Al粉的平均粒径为100μm，Cu粉的平均粒径为30μm；超声分散处理的超声功率为2Kw，分散时间为60min。
将第三初混物进行低温球磨混合处理，得到第三混合物，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合的转速为300r/min，球磨时间为6h。
将第三混合物进行真空干燥处理，得到改性石墨烯-Al混合粉末，真空干燥处理的干燥温度为80℃，干燥时间为2h。改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分比为5％，Cu粉的质量百分比为2％，Al粉的质量百分比为93％。
将改性石墨烯-Al混合粉末倒入钢质模具中做冷压处理，得到预冷压坯料，冷压处理的压力为300MPa，保压时间为60min。
将预冷压坯料做真空预烧结处理，并在烧结过程中通入氮气，得到预烧结坯料；真空预烧结处理的烧结温度为650℃，保温时间为120min，烧结的升温速率控制在3～8℃/min的范围内。
将预烧结坯料做进一步的热挤压处理，最终得到组织致密且结构简单的石墨烯增强铝基复合材料，热挤压处理的挤压温度为450℃，挤压比为12。
实施例20与实施例17的区别在于，改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分比为10％，Cu粉的质量百分比为3％，Al粉的质量百分比为87％。
实施例21
与实施例17的区别在于，改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分比为1％，Cu粉的质量百分比为0.5％，Al粉的质量百分比为98.5％。
实施例22
与实施例17的区别在于：将改性石墨烯与Al粉、Mg粉在乙醇中超声分散处理，得到第三初混物，再将第三初混物进行低温球磨混合处理，得到第三混合物，将第三混合物进行真空干燥处理，得到改性石墨烯-Al混合粉末。改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分比为5％，Mg粉的质量百分比为2％，Al份的质量百分比为93％。Al粉的平均粒径为100μm，Mg粉的平均粒径为30μm。
实施例23
与实施例17的区别在于：将改性石墨烯与Al粉、CNTs在乙醇中超声分散处理，得到第三初混物，再将第三初混物进行低温球磨混合处理，得到第三混合物，将第三混合物进行真空干燥处理，得到改性石墨烯-Al混合粉末。改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分比为5％，CNTs的质量百分比为2％，Al份的质量百分比为93％。Al粉的平均粒径为100μm，CNTs的平均管径为30nm。实施例24
按照图15所示的流程制备石墨烯增强铝基复合材料，具体地：
按照实施例8的方法制备改性石墨烯。
将上述改性石墨烯与Al粉、Cu粉在乙醇中超声分散处理，得到第三初混物，其中，Al粉的平均粒径为100μm，Cu粉的平均粒径为30μm；超声分散处理的超声功率为2Kw，分散时间为60min。
将第三初混物进行低温球磨混合处理，得到第三混合物，低温球磨混合过程中通入的保护介质为液氮，低温球磨混合的转速为300r/min，球磨时间为6h。
将第三混合物进行真空干燥处理，得到改性石墨烯-Al混合粉末，真空干燥处理的干燥温度为80℃，干燥时间为2h。改性石墨烯-Al混合粉末中，改性石墨烯的质量百分比为5％，Cu粉的质量百分比为7％，Al粉的质量百分比为88％。
将改性石墨烯-Al混合粉末倒入钢质模具中做冷压处理，得到预冷压坯料，冷压处理的压力为300MPa，保压时间为20min。
将预冷压坯料做真空预烧结处理，并在烧结过程中通入氮气，得到预烧结坯料；真空预烧结处理的烧结温度为1200℃，保温时间为120min，烧结的升温速率控制在3～8℃/min的范围内。
将预烧结坯料做进一步的热挤压处理，最终得到组织致密且结构简单的石墨烯增强铝基复合材料，热挤压处理的挤压温度为450℃，挤压比为10。
对比例1
按CN 106498223 A所公开的实施例1的工艺，采用6063铝合金作为基体得到了石墨烯增强铝基复合材料。
对上述所以实施例成型出的新型石墨烯增强铝基复合材料做相关的性能测试，并与常用的锻造变形铝合金6063的OT6(固溶处理加完全人工时效处理)下的材料力学性能作对比，对比测试结果如下表所示：
Figure BDA0002422469720000151
Figure BDA0002422469720000161
(1)对比例1采用现有技术中实施例1的工艺，并以6063作为基体材料来成型出的改性石墨烯增强铝基复合材料与原T6态的6063铝合金相比，添加了改性石墨烯之后，得到的铝合金复合材料的抗拉强度、屈服强度都得了到提升，摩擦系数和磨损量也都得到了降低；
(2)实施例1与原T6态的6063铝合金及对比例1相比，在添加改性石墨烯的基础上，还添加了表面改性剂Ti来降低表面张力，提高石墨烯与熔融铝液的润湿性，使石墨烯与铝基体之间更容易形成较强的界面结合；除此之外，还添加了增强剂Cu来改善复合材料的自润滑性能和材料硬度，还在一定程度上降低了生成的刚性颗粒SiC及TiC对复合材料本身塑性的不利影响，提升复合材料的塑性和延展性；
(3)实施例2与实施例1相比，石墨烯-Al混合粉末的占比增加，抗拉强度、屈服强度都得了到提升，摩擦系数和磨损量也都得到了降低；
(4)实施例3与实施例1相比，由于实施例3采用的压铸工艺来成型，得到的复合材料内部气孔及其他缺陷要比实施例1采用的挤压锻造工艺成型出的要多，而且采用挤压锻造工艺成型的铝合金复合材料的内部晶粒也比实施列3的稍大，因此实施例3成型出的铝合金复合材料的性能较实施例1稍低；
(5)实施例4、实施例5与实施例1和2相比，改性石墨烯-Al混合粉末、增强剂Cu及表面改性剂的占比不相同。其中，当改性石墨烯-Al混合粉末、增强剂Cu及表面改性剂的占比都较高时，铝合金复合材料的材料性能达到最优。反之，当占比较低时，材料性能相对变差；
(6)实施列6与实施例1相比，实施例6的改性石墨烯-Al混合粉末的占比非常低，仅占1％，再加上石墨烯-Al混合粉末还含有Si粉、碳化后生成的SiC及高纯铝粉，进而导致铝合金复合材料中的石墨烯占比更低，很难起到提高材料强度的效果，但是仍然可以明显降低磨损量。
(7)实施例7、实施例8与实施例1相比，球磨混合的转速不同，实施例8的转速最快，因而石墨烯粉末受到的冲击及剪切力增加，石墨烯的分散性增强，降低了石墨烯因团聚作用而产生的不利影响，进而提高铝合金复合材料的材料性能；
(8)实施例9与实施例1相比，实施例9的真空烧结温度比实施例1的低，因而附着在石墨烯表面的Si只有很少的部分生成SiC，导致成型出的铝合金复合材料的耐磨性能、耐温性能和弹性模量相对于实施例1都会有所降低，但是各元素仍然可以发挥各自的增强作用；
(9)实施例10与实施例1相比、实施例10的超声分散时间比较低，因而导致团聚石墨烯未能完全均匀分散在乙醇溶液中，导致成型出的铝合金复合材料的材料性能相对于实施例1会稍微有点降低，但有后续的球磨混合工艺加入，因而影响并不大。而且实施列10的Si含量占比较实施例1的高，进而增强了复合材料的耐磨性能，但复合材料的延伸率会有所降低。
(10)实施例11、实施例12、实施例13与实施例1相比，其制备石墨烯-Al混合粉末的改性剂分别为W、B、Zr及Si,因此做完真空烧结处理后，因此形成的碳化物不同，而且这些碳化物的硬度也不相同，即WC＞SiC＞B4C＞ZrC，因而导致成型出的铝合金复合材料的额耐磨性也不相同，即含有硬度越高的增强颗粒的铝合金复合材料的耐磨性越好；
(11)实施例14与实施例1相比，只是更换了表面改性剂，实施例1的表面改性剂为Ti，实施例14的表面改性剂为Cr，都能够降低铝合金熔体的表面张力，提高润湿性，且效果都相差不大。实施例1的Ti可提升铝合金复合材料的整体的材料强度，而实施例14的Cr主要是提升铝合金复合材料的韧性及降低应力腐蚀和开裂敏感性；
(12)实施例15、实施例16与实施例1相比，采用的增强剂不相同，实施例1采用的增强剂为Cu，其在增加铝合金复合材料整体硬度的同时，也增加了复合材料本身的自润滑性能。实施例15采用的增强剂为Mg，其在提升铝合金复合材料整体硬度的同时，也增强了复合材料的延伸率和抗疲劳性能。实施例16采用的增强剂为CNTs，其在增强铝合金复合材料整体硬度的同时，也增强了复合材料整体的材料强度，脆性会有所增加，但在可接受的范围之内；
(13)实施例17与实施例1相比，实施例17是采用粉末冶金的工艺来成型铝合金复合材料，而且还在该工艺中加入了热挤压工艺，进一步排除了烧结块致密度低的问题，进而提升了铝合金复合材料的材料性能。做完烧结和热挤压之后的复合材料的材料性能较实施例1的稍好；
(14)实施例18与实施例17相比，实施例18的球磨混合转速比实施例17的快，因而石墨烯粉末受到的冲击及剪切力增加，石墨烯的分散性增强，降低了石墨烯因团聚作用而产生的不利影响，进而提高铝合金复合材料的材料性能；
(15)实施例19与实施例18相比，实施例19的Cu含量较实施例18的低，因此实施例19得出的铝合金复合材料除硬度较实施例19的稍低之外，自润滑性能也比实施例19的低。而且实施例18的热挤压比较实施例19的低，因此实施例18成型的烧结挤压块的致密度没有实施例19的高；
(16)实施例20、实施例21与实施例17相比，改性石墨烯及增强剂Cu的占比不相同。其中，当改性石墨烯、增强剂Cu的占比都最高时，铝合金复合材料的材料性能达到最优。反之，当占比最低时，材料性能相对变差；
(17)实施例22、实施例23与实施例17相比，采用的增强剂不相同，实施例17采用的增强剂为Cu，其在增加铝合金复合材料整体硬度的同时，也增加了复合材料本身的自润滑性能。实施例22采用的增强剂为Mg，其在提升铝合金复合材料整体硬度的同时，也增强了复合材料的延伸率和抗疲劳性能。实施例23采用的增强剂为CNTs，其在增强铝合金复合材料整体硬度的同时，也增强了复合材料整体的材料强度，脆性会有所增加，但在可接受的范围之内；
(18)实施例24与实施例18和实施例19相比，增强剂Cu元素超出了要求的范围，虽然提升了铝合金复合材料的切削性能、机械性能及自润滑性能，但该铝合金复合材料更容易发生热间裂痕，在运行过程中该裂痕也更容易扩大，进而致使零部件的失效。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
十字滑环及涡旋盘等零部件使用本申请的石墨烯改性铝基复合材料作为基材，增强了零部件的材料力学性能，如抗拉强度、抗冲击强度、抗冲击韧性等，十字滑环上凸键的断裂情况也得到解决；
在增强石墨烯铝基材料中添加了润滑相物质，在一定程度上提高了零部件(如十字滑环、涡旋盘)本身的自润滑性；
在十字滑环与动盘及支架的接触摩擦面上做表面织构化处理或涂覆具有自润滑耐磨涂层，极大的降低了十字滑环各接触面的磨损率，同时也降低了压缩机的噪声及振动，使压缩机运行的可靠性和使用寿命得到增强。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (47)

1.一种石墨烯增强铝基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤S1，提供改性石墨烯，所述改性石墨烯包括石墨烯主体和附着在所述石墨烯主体表面的改性材料，所述改性材料为TiC、B4C、WC、ZrC和SiC中的一种或多种；
步骤S2，将基体原料、增强剂与所述改性石墨烯混合后进行成型处理，得到石墨烯增强铝基材料，所述增强剂选自Cu、Mg、Zn中的一种或多种的合金、或碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性石墨烯中，含有Ti时Ti元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有B时B元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有W时W元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Zr元素时Zr与C元素的质量比为0.4～0.58:1，含有Si时Si元素与C元素的质量比为0.4～0.58:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S11，将所述石墨烯和改性剂在第一溶剂中进行第一次超声分散，得到第一初混物，所述改性剂为Ti粉、B粉、W粉、Zr粉和Si粉中的任意一种或多种；
步骤S12，将所述第一初混物进行第一低温球磨混合，得到第一混合物；
步骤S13，将所述第一混合物进行干燥，得到第一干混物；以及
步骤S14，对所述第一干混物进行真空烧结，得到所述改性石墨烯。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂的平均粒径为5～30μm。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的粒径为5～15μm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为乙醇或去离子水。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一次超声分散的功率为0.2～2Kw。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一低温球磨的转速为200～400r/min、时间为3～5h。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述真空烧结的温度为1150～1250℃、时间为1～3h。
11.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S11包括：
将所述石墨烯在所述第一溶剂中超声分散15～30min后，向所述第一溶剂中加入所述改性剂并继续进行超声分散15～60min，得到所述第一初混物。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，将基体粉末与所述改性石墨烯混合，得到改性石墨烯-Al混合粉末，所述基体粉末为铝粉；
步骤S22，将所述改性石墨烯-Al混合粉末、所述增强剂、表面改性剂和熔融基体金属液混合，得到混合液，所述表面改性剂为Ti、Zr和Cr组成的组中的一种或多种，且所述表面改性剂的粒径为20～60μm，所述熔融基体金属液为熔融铝液或熔融铝合金液，所述基体粉末和所述熔融基体金属液构成所述基体原料；
步骤S23，将所述混合液进行浇铸，得到石墨烯增强铝基材料。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述改性石墨烯与所述基体粉末的质量比为0.4～0.6：1。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S21包括：
将所述基体粉末与所述改性石墨烯在第二溶剂中进行第二次超声分散，得到第二初混物；
将所述第二初混物进行第二低温球磨混合，得到第二混合物；
将所述第二混合物进行干燥，得到改性石墨烯-Al混合粉末。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述基体粉末的粒径为0.01～100μm。
16.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述第二溶剂为乙醇或去离子水。
17.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述第二次超声分散的超声功率为0.2～2Kw、时间为15～60min。
18.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述第二低温球磨的转速为200～400r/min、时间为4～6h。
19.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述第二低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩。
20.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述混合液中，所述改性石墨烯-Al混合粉末的质量百分含量为5～15％，所述增强剂的质量百分含量为0.5～3％，所述表面改性剂的质量百分含量为1～5％，所述熔融基体金属液的质量百分含量为77～93.5％。
21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述增强剂的平均粒径为0.01～30μm。
22.根据权利要求1至11中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21’，将所述增强剂、所述改性石墨烯与基体粉末混合，得到改性石墨烯-Al混合粉末，所述基体粉末为铝粉或铝合金粉；
步骤S22’，将所述改性石墨烯-Al混合粉末进行冷压预成型处理，得到预冷压坯料；
步骤S23’，对所述预冷压坯料进行真空预烧结处理，得到预烧结坯料；
步骤S24’，对所述预烧结坯料进行热挤压处理，得到石墨烯增强铝基材料，优选所述热挤压处理时，挤压温度为400～500℃、挤压比为8～12。
23.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述基体粉末的平均粒径为0.1～100μm。
24.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述增强剂的平均粒径为0.01～30μm。
25.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述改性石墨烯-Al混合粉末中，所述改性石墨烯的质量百分含量为1～10％、所述增强剂的质量百分含量为0.5～3％、所述基体粉末的质量百分含量为87～98.5％。
26.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述预冷压成型处理时，压力为200～300MPa，保压时间为30～60min。
27.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述真空预烧结处理时，烧结温度为500～680℃、保温时间为60～120min、升温速率为3～8℃/min。
28.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，在所述真空预烧结处理过程中通入保护性气氛。
29.根据权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述保护性气氛为氮气或氩气。
30.根据权利要求22所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S21’包括：
将所述增强剂、所述改性石墨烯与所述基体粉末在第三溶剂中进行第三次超声分散，得到第三初混物；
将所述第三初混物进行第三低温球磨混合，得到第三混合物；
将所述第三混合物进行干燥处理，得到所述改性石墨烯-Al混合粉末。
31.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述第三溶剂为乙醇或去离子水。
32.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述第三次超声分散的超声功率为0.2～2Kw、时间为15～30min。
33.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述第三低温球磨的转速为200～400r/min、时间为4～6h。
34.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述第三低温球磨的低温保护介质为液氮或液氩。
35.一种石墨烯增强铝基材料，其特征在于，所述石墨烯增强铝基材料采用权利要求1至8中任一项所述的制备方法制备而成。
36.根据权利要求35所述的石墨烯增强铝基材料，其特征在于，所述石墨烯增强铝基材料的抗拉强度在300MPa以上、屈服强度在230MPa以上。
37.一种铝合金零部件，采用石墨烯增强铝基材料为基材制备而成，其特征在于，所述石墨烯增强铝基材料为权利要求35所述的石墨烯增强铝基材料。
38.根据权利要求37所述的铝合金零部件，其特征在于，所述铝合金零部件为涡旋盘、支架、十字滑环、涡旋压缩机的壳体或涡旋压缩机的端盖。
39.根据权利要求38所述的铝合金零部件，其特征在于，所述铝合金零部件具有接触面，至少一个所述接触面具有多个微盲孔或耐磨润滑涂层。
40.根据权利要求38所述的铝合金零部件，其特征在于，所述十字滑环包括：
环状本体，
动盘限位凸键，设置在所述环状本体上并沿垂直于所述环状本体所在平面的方向相对于所述环状本体凸出，且所述动盘限位凸键具有与动盘接触的接触面；
支架限位凸键，设置在所述环状本体上且所述支架限位凸键与所述动盘限位凸键的凸出方向相反，且所述支架限位凸键具有与支架接触的接触面，
至少一个所述接触面具有多个微盲孔或耐磨润滑涂层。
41.根据权利要求40所述的铝合金零部件，其特征在于，所述微盲孔的孔深为5～10μm。
42.根据权利要求40所述的铝合金零部件，其特征在于，所述微盲孔的横截面为椭圆形，所述椭圆形的短径与长径比为1:3～1:2。
43.根据权利要求40所述的铝合金零部件，其特征在于，所述微盲孔的长径延伸方向与所述环状本体所在平面平行。
44.根据权利要求39或40所述的铝合金零部件，其特征在于，各所述接触面上的微盲孔的总面积为所述接触面的面积的8～12％。
45.根据权利要求39或40所述的铝合金零部件，其特征在于，所述耐磨润滑涂层的耐磨相为Al2O3、ZrO2、TiO、SiC、TiC、TiB2、TiN和DLC组成的组中的一种或多种的混合物，润滑相为PTFE、MoS2、WS2、有机硅和石墨组成的组中的一种或多种的混合物。
46.一种压缩机，具有铝合金零部件，其特征在于，所述铝合金零部件为权利要求37至45中任一项所述的铝合金零部件。
47.根据权利要求46所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机为涡旋式压缩机、转子式压缩机、活塞式压缩机或滑片式压缩机。
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