CN111360230B - 一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法，其针对当前石墨烯复合铝基材料成型方法存在石墨烯分散效果差、很难直接成型形状复杂产品等问题，经杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒、高温压制、半固态熔炼、直接挤压铸造成型，制备出了石墨烯复合铝基材料铸件。此成型方法工艺先进，数据精确翔实，制备出的石墨烯复合铝基材料铸件内部组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，晶粒圆整、细小，石墨烯在基体中分散均匀，界面结合良好，铸件抗拉强度达366MPa，延伸率达5.3%，硬度达106HV，是先进的石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法。

Description

一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法

技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法，属有色金属复合材料铸造成型技术领域。

背景技术

石墨烯具有优异的力学性能和独特的结构特点，将其加入铝合金基体中，可以起到载荷传递的作用；且石墨烯作为异质形核，可有效细化晶粒组织；同时石墨烯可以阻碍基体内部的位错运动，使位错围绕石墨烯集中分布，从而提高复合材料的屈服强度。因此，石墨烯的添加有望大幅度提高铝合金基体的力学性能。

当前石墨烯复合铝基材料的制备方法主要有搅拌摩擦法、粉末冶金法、热压烧结法和熔体浸渗法等。搅拌摩擦法制备效率低、石墨烯分散效果差，且需经过多次搅拌摩擦加工，才能在局部区域获得铝基材料；粉末冶金法可实现石墨烯在基体中较为均匀的分散，但所制备的铝基材料内部存在较多的孔隙及裂纹，石墨烯与基体的结合性能差；热压烧结法可以制得致密度高的铝基材料，但制备过程复杂，设备成本高、能耗大；熔体浸渗法所制备的铝基材料中石墨烯易团聚，易生成脆性的碳化物，造成铝基材料力学性能下降。同时，以上方法可以制备得到石墨烯复合铝基材料，但是很难直接成型形状复杂的产品，因此，有必要开发石墨烯复合铝基材料铸件的新型成型方法。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的不足，经杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒、高温压制、半固态熔炼、直接挤压铸造成型，制备出石墨烯复合铝基材料铸件。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：铝合金锭、石墨烯、聚乙烯醇、去离子水、无水乙醇、硅藻土脱模剂，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

铝合金锭：ZL101 固态块体 5000g±1g

石墨烯 固态粉体 15g±0.1g

聚乙烯醇：[C₂H₄O]_n 固态粉体 540g±10g

去离子水：H₂O 液态液体 51000mL±500mL

无水乙醇：C₂H₅OH 液态液体 2000mL±100mL

硅藻土脱模剂 液态液体 115mL±5mL

制备方法如下：

1）杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒

①切制杆状铝合金颗粒

采用金属颗粒切制机将1000g铝合金锭切碎成长度为10mm±1.5mm、横截面等效直径为Φ0.85mm±0.15mm的杆状铝合金颗粒，备用；

②配制聚乙烯醇溶液

向混合颗粒制备室内的聚乙烯醇溶液箱中加入18000mL去离子水，开启并调节聚乙烯醇溶液箱中的第一温控器，使去离子水的温度保持在85℃，然后加入540g聚乙烯醇，保温0.5h后开启聚乙烯醇溶液箱下方的第一超声振动台进行振动搅拌，待聚乙烯醇完全溶解后，关闭第一超声振动台和第一温控器，制得聚乙烯醇溶液；

③配制石墨烯分散液

采用氧化还原法制得横向尺寸为8μm±2μm、氧含量为15.5at.%±2at.%的石墨烯；

向混合颗粒制备室内的石墨烯分散液箱中加入15000mL去离子水，然后加入15g石墨烯，开启石墨烯分散液箱下方的第三超声振动台进行振动搅拌，搅拌时间为40min，然后关闭第三超声振动台，制得石墨烯分散液；

④杆状铝合金颗粒表面处理

将杆状铝合金颗粒放入处理箱中，然后利用单轨吊车和吊钳将处理箱放入聚乙烯醇溶液箱中，使杆状铝合金颗粒全部浸泡在聚乙烯醇溶液中；

开启并调节第一温控器，使聚乙烯醇溶液的温度保持在60℃±2℃，保温15min后开启第一超声振动台进行恒温振动搅拌，搅拌时间为60min，然后关闭第一超声振动台和第一温控器；

⑤清洗杆状铝合金颗粒

向混合颗粒制备室内的去离子水箱中加入18000mL去离子水，然后利用单轨吊车和吊钳将处理箱从聚乙烯醇溶液箱中取出后放入去离子水箱中，使杆状铝合金颗粒全部浸泡在去离子水中；

开启并调节去离子水箱中的第二温控器，使去离子水的温度保持在60℃±2℃，然后开启去离子水箱下方的第二超声振动台进行振动清洗，清洗时间为10min，然后关闭第二超声振动台和第二温控器；

利用单轨吊车和吊钳将处理箱从去离子水箱中取出，放置在加热烘干器旁，然后开启加热烘干器对杆状铝合金颗粒进行烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为25min，然后关闭加热烘干器；

⑥制备混合颗粒

利用单轨吊车和吊钳将处理箱放入石墨烯分散液箱中，使杆状铝合金颗粒全部浸泡在石墨烯分散液中；

开启并调节石墨烯分散液箱中的第三温控器，使石墨烯分散液的温度保持在45℃±2℃，保温5min后开启第三超声振动台进行恒温振动搅拌，每搅拌15min，暂停搅拌10min，总计搅拌4次，然后关闭第三超声振动台和第三温控器，静置20min；

利用单轨吊车和吊钳将处理箱从石墨烯分散液箱中取出，然后将吸附了石墨烯的杆状铝合金颗粒放入恒温烘箱中进行烘干，烘干温度为70℃，烘干时间为45min，烘干后取出，制得混合颗粒；

2）高温压制

开启并调节压制模具上的第一加热器，第一加热器对压制模具的凹模和凸模进行预热，预热温度为410℃；

将混合颗粒放入压制模具的凹模中，然后将压制模具合模；合模完毕后进行恒温保压，保压压力为200MPa，保压时间为10min，制得混合颗粒块体；

将压制模具开模，压制模具的顶杆将混合颗粒块体顶出，然后取下混合颗粒块体，放置在钢制平板上冷却至室温，备用；

3）半固态熔炼

①熔炼铝合金液

将4000g铝合金锭切制成尺寸≤30mm×45mm×45mm的铝合金块体，然后将铝合金块体放入预热炉中进行预热，预热温度为200℃，预热时间为20min；

开启并调节铝合金熔炼炉内的铝合金熔炼坩埚上的第二加热器，第二加热器对铝合金熔炼坩埚进行预热，预热温度为250℃，预热时间为15min；

将预热的铝合金块体放入预热的铝合金熔炼坩埚中，然后密闭铝合金熔炼炉，调节第二加热器，对铝合金块体进行熔炼，熔炼温度为720℃±1℃，当铝合金块体全部熔化后，保温15min；

调节第二加热器，使铝合金熔炼坩埚的温度保持在625℃±1℃，保温15min，制得铝合金液；

②加热混合颗粒块体

将混合颗粒块体放入预热炉中进行预热，预热温度为150℃，预热时间为15min；

开启并调节半固态熔炼炉内的半固态熔炼坩埚上的第三加热器，第三加热器对半固态熔炼坩埚进行预热，预热温度为200℃，预热时间为15min；

将预热的混合颗粒块体放入预热的半固态熔炼坩埚中，然后密闭半固态熔炼炉，调节第三加热器，使半固态熔炼坩埚的温度保持在565℃±1℃，保温35min；

③制备半固态浆料

开启第一电磁泵，第一电磁泵将铝合金熔炼坩埚中的铝合金液通过第一料管输送到半固态熔炼坩埚中，第一电磁泵的流量为150g/s，输送时间为20s；

调节第三加热器，使半固态熔炼坩埚的温度保持在615℃±1℃，然后开启半固态熔炼坩埚下方的第四超声振动台进行恒温振动搅拌，超声波频率为120kHz，搅拌时间为30min，制得半固态浆料；

4）直接挤压铸造成型

①预热直接挤压铸造模具

采用电阻丝加热方式对直接挤压铸造模具的活动模芯和固定模芯进行预热，活动模芯的预热温度为330℃±1℃，固定模芯的预热温度为310℃±1℃；

将硅藻土脱模剂均匀的喷涂在直接挤压铸造模具的模腔表面，喷涂厚度为0.05mm；

②半固态浆料注入直接挤压铸造模具的模腔

将直接挤压铸造模具开模，开模行程从0mm到850mm，然后开启第二电磁泵，第二电磁泵将半固态熔炼坩埚中的半固态浆料通过第二料管输送到直接挤压铸造模具的模腔中；

③直接挤压铸造

将直接挤压铸造模具合模，合模行程从0mm到650mm时，合模速度为120mm/s，合模行程从650mm到850mm时，合模速度为20mm/s；合模完毕后进行保压，保压压力为180MPa，保压时间为25s，制得石墨烯复合铝基材料铸件；

④石墨烯复合铝基材料铸件脱模

将直接挤压铸造模具开模，直接挤压铸造模具的顶出机构将石墨烯复合铝基材料铸件顶出，然后取下石墨烯复合铝基材料铸件，放置在木质平板上，在空气中冷却至室温；

5）清理、清洗

用钢丝刷清理石墨烯复合铝基材料铸件各部及周边，然后用无水乙醇清洗石墨烯复合铝基材料铸件，清洗后晾干；

6）检测、分析、表征

对石墨烯复合铝基材料铸件的形貌、组织结构、力学性能进行检测、分析、表征；

用金相显微镜进行金相组织分析；

用电子万能试验机进行抗拉强度及延伸率分析；

用维氏硬度计进行硬度分析；

结论：石墨烯复合铝基材料铸件内部组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，晶粒圆整、细小，石墨烯在基体中分散均匀，界面结合良好，铸件抗拉强度达366MPa，延伸率达5.3%，硬度达106HV。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，其针对当前石墨烯复合铝基材料成型方法存在石墨烯分散效果差、很难直接成型形状复杂产品等问题，经杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒、高温压制、半固态熔炼、直接挤压铸造成型，制备出了石墨烯复合铝基材料铸件。此成型方法工艺先进，数据精确翔实，制备出的石墨烯复合铝基材料铸件内部组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，晶粒圆整、细小，石墨烯在基体中分散均匀，界面结合良好，铸件抗拉强度达366MPa，延伸率达5.3%，硬度达106HV，是先进的石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法。

附图说明

图1为杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒状态图。

图2为高温压制状态图。

图3为半固态熔炼状态图。

图4为半固态浆料注入直接挤压铸造模具的模腔状态图。

图5为直接挤压铸造状态图。

图6为石墨烯复合铝基材料铸件脱模状态图。

图中所示，附图标记清单如下：

1-第一控制柜，2-混合颗粒制备室，3-第一电缆，4-第二电缆，5-聚乙烯醇溶液箱，6-去离子水箱，7-石墨烯分散液箱，8-单轨吊车，9-吊钳，10-处理箱，11-聚乙烯醇溶液，12-去离子水，13-石墨烯分散液，14-第一温控器，15-第一超声振动台，16-第二温控器，17-第二超声振动台，18-第三温控器，19-第三超声振动台，20-加热烘干器，21-杆状铝合金颗粒，22-压制模具的凸模，23-压制模具的凹模，24-第一加热器，25-压制模具的顶杆，26-混合颗粒，27-第二控制柜，28-铝合金熔炼炉，29-半固态熔炼炉，30-第三电缆，31-第四电缆，32-铝合金熔炼坩埚，33-第二加热器，34-铝合金液，35-第一电磁泵，36-第一料管，37-半固态熔炼坩埚，38-第三加热器，39-混合颗粒块体，40-第四超声振动台，41-第二电磁泵，42-第二料管，43-直接挤压铸造模具的活动模背板，44-直接挤压铸造模具的活动模框，45-直接挤压铸造模具的活动模芯，46-直接挤压铸造模具的顶出机构，47-直接挤压铸造模具的活动模加热孔，48-直接挤压铸造模具的固定模背板，49-直接挤压铸造模具的固定模框，50-直接挤压铸造模具的固定模芯，51-直接挤压铸造模具的固定模加热孔，52-直接挤压铸造模具的模腔，53-半固态浆料，54-石墨烯复合铝基材料铸件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒状态图；

整套设备包括第一控制柜1、混合颗粒制备室2、第一电缆3、第二电缆4、聚乙烯醇溶液箱5、去离子水箱6、石墨烯分散液箱7、单轨吊车8、吊钳9、处理箱10、第一温控器14、第一超声振动台15、第二温控器16、第二超声振动台17、第三温控器18、第三超声振动台19、加热烘干器20；

第一控制柜1通过第一电缆3和第二电缆4分别控制单轨吊车8、吊钳9、第一温控器14、第一超声振动台15、第二温控器16、第二超声振动台17、第三温控器18、第三超声振动台19、加热烘干器20的工作状态；

单轨吊车8安装于混合颗粒制备室2的上方；吊钳9安装于单轨吊车8的吊臂下端；处理箱10为网孔状箱体；第一超声振动台15、第二超声振动台17、第三超声振动台19均设于混合颗粒制备室2的内底壁；聚乙烯醇溶液箱5设于第一超声振动台15的台面上；去离子水箱6设于第二超声振动台17的台面上；石墨烯分散液箱7设于第三超声振动台19的台面上；第一温控器14设于聚乙烯醇溶液箱5的内底壁；第二温控器16设于去离子水箱6的内底壁；第三温控器18设于石墨烯分散液箱7的内底壁；加热烘干器20设于去离子水箱6的上方；

杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒过程中，聚乙烯醇溶液箱5中盛放有聚乙烯醇溶液11，用于对杆状铝合金颗粒21进行表面处理；去离子水箱6中盛放有去离子水12，用于清洗杆状铝合金颗粒21；石墨烯分散液箱7中盛放有石墨烯分散液13，用于制备混合颗粒26；处理箱10中盛放有杆状铝合金颗粒21，杆状铝合金颗粒21不会从处理箱10的网孔中漏出，外部的液体则会经处理箱10的网孔进入处理箱10中；利用单轨吊车8和吊钳9既可以将处理箱10放入聚乙烯醇溶液箱5、去离子水箱6、石墨烯分散液箱7中，也可以将处理箱10从聚乙烯醇溶液箱5、去离子水箱6、石墨烯分散液箱7中取出，还可以将处理箱10放置在加热烘干器20旁。

图2所示，为高温压制状态图；

压制模具包括凸模22、凹模23、顶杆25；压制模具的凹模23的外侧壁设有第一加热器24；

高温压制过程中，第一加热器24对压制模具的凹模23和凸模22进行预热；将混合颗粒26放入压制模具的凹模23中，然后将压制模具合模；合模完毕后进行恒温保压，制得混合颗粒块体39；将压制模具开模，压制模具的顶杆25将混合颗粒块体39顶出。

图3所示，为半固态熔炼状态图；

整套设备包括第二控制柜27、铝合金熔炼炉28、半固态熔炼炉29、第三电缆30、第四电缆31、铝合金熔炼坩埚32、第二加热器33、第一电磁泵35、第一料管36、半固态熔炼坩埚37、第三加热器38、第四超声振动台40、第二电磁泵41、第二料管42；

第二控制柜27通过第三电缆30和第四电缆31分别控制铝合金熔炼炉28、半固态熔炼炉29、第二加热器33、第一电磁泵35、第三加热器38、第四超声振动台40、第二电磁泵41的工作状态；

铝合金熔炼坩埚32设于铝合金熔炼炉28的内底壁；第二加热器33设于铝合金熔炼坩埚32的外侧壁；第四超声振动台40设于半固态熔炼炉29的内底壁；半固态熔炼坩埚37设于第四超声振动台40的台面上；第三加热器38设于半固态熔炼坩埚37的外侧壁；第一电磁泵35的进口与铝合金熔炼坩埚32连通；第一电磁泵35的出口通过第一料管36与半固态熔炼坩埚37连通；第二电磁泵41的进口与半固态熔炼坩埚37连通；

半固态熔炼过程中，第二加热器33对铝合金熔炼坩埚32进行预热；将预热的铝合金块体放入预热的铝合金熔炼坩埚32中，然后密闭铝合金熔炼炉28，调节第二加热器33，对铝合金块体进行熔炼，制得铝合金液34；第三加热器38对半固态熔炼坩埚37进行预热；将预热的混合颗粒块体39放入预热的半固态熔炼坩埚37中，然后密闭半固态熔炼炉29，调节第三加热器38；第一电磁泵35将铝合金熔炼坩埚32中的铝合金液34通过第一料管36输送到半固态熔炼坩埚37中；调节第三加热器38，然后开启第四超声振动台40进行恒温振动搅拌，制得半固态浆料53。

图4所示，为半固态浆料注入直接挤压铸造模具的模腔状态图；

直接挤压铸造模具包括活动模背板43、活动模框44、活动模芯45、顶出机构46、固定模背板48、固定模框49、固定模芯50；活动模芯45的内部设有活动模加热孔47，固定模芯50的内部设有固定模加热孔51，活动模芯45和固定模芯50共同围成模腔52；

半固态浆料注入直接挤压铸造模具的模腔过程中，第二电磁泵41将半固态熔炼坩埚37中的半固态浆料53通过第二料管42输送到直接挤压铸造模具的模腔52中。

图5所示，为直接挤压铸造状态图；

直接挤压铸造过程中，将直接挤压铸造模具合模；合模完毕后进行保压，制得石墨烯复合铝基材料铸件54。

图6所示，为石墨烯复合铝基材料铸件脱模状态图；

石墨烯复合铝基材料铸件脱模过程中，将直接挤压铸造模具开模，直接挤压铸造模具的顶出机构46将石墨烯复合铝基材料铸件54顶出，然后取下石墨烯复合铝基材料铸件54。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种石墨烯复合铝基材料铸件的成型方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为：铝合金锭、石墨烯、聚乙烯醇、去离子水、无水乙醇、硅藻土脱模剂，各化学物质材料用量如下：以克、毫升为计量单位

铝合金锭：ZL101 固态块体 5000g

石墨烯 固态粉体 15g

聚乙烯醇：[C₂H₄O]_n 固态粉体 540g

去离子水：H₂O 液态液体 51000mL

无水乙醇：C₂H₅OH 液态液体 2000mL

硅藻土脱模剂 液态液体 115mL

制备方法如下：

1）杆状铝合金颗粒表面处理制备混合颗粒

①切制杆状铝合金颗粒

采用金属颗粒切制机将1000g铝合金锭切碎成长度为10mm±1.5mm、横截面等效直径为Φ0.85mm±0.15mm的杆状铝合金颗粒，备用；

②配制聚乙烯醇溶液

向混合颗粒制备室内的聚乙烯醇溶液箱中加入18000mL去离子水，开启并调节聚乙烯醇溶液箱中的第一温控器，使去离子水的温度保持在85℃，然后加入540g聚乙烯醇，保温0.5h后开启聚乙烯醇溶液箱下方的第一超声振动台进行振动搅拌，待聚乙烯醇完全溶解后，关闭第一超声振动台和第一温控器，制得聚乙烯醇溶液；

③配制石墨烯分散液

采用氧化还原法制得横向尺寸为8μm±2μm、氧含量为15.5at.%±2at.%的石墨烯；

向混合颗粒制备室内的石墨烯分散液箱中加入15000mL去离子水，然后加入15g石墨烯，开启石墨烯分散液箱下方的第三超声振动台进行振动搅拌，搅拌时间为40min，然后关闭第三超声振动台，制得石墨烯分散液；

④杆状铝合金颗粒表面处理

将杆状铝合金颗粒放入处理箱中，然后利用单轨吊车和吊钳将处理箱放入聚乙烯醇溶液箱中，使杆状铝合金颗粒全部浸泡在聚乙烯醇溶液中；

开启并调节第一温控器，使聚乙烯醇溶液的温度保持在60℃±2℃，保温15min后开启第一超声振动台进行恒温振动搅拌，搅拌时间为60min，然后关闭第一超声振动台和第一温控器；

⑤清洗杆状铝合金颗粒

向混合颗粒制备室内的去离子水箱中加入18000mL去离子水，然后利用单轨吊车和吊钳将处理箱从聚乙烯醇溶液箱中取出后放入去离子水箱中，使杆状铝合金颗粒全部浸泡在去离子水中；

开启并调节去离子水箱中的第二温控器，使去离子水的温度保持在60℃±2℃，然后开启去离子水箱下方的第二超声振动台进行振动清洗，清洗时间为10min，然后关闭第二超声振动台和第二温控器；

利用单轨吊车和吊钳将处理箱从去离子水箱中取出，放置在加热烘干器旁，然后开启加热烘干器对杆状铝合金颗粒进行烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为25min，然后关闭加热烘干器；

⑥制备混合颗粒

利用单轨吊车和吊钳将处理箱放入石墨烯分散液箱中，使杆状铝合金颗粒全部浸泡在石墨烯分散液中；

开启并调节石墨烯分散液箱中的第三温控器，使石墨烯分散液的温度保持在45℃±2℃，保温5min后开启第三超声振动台进行恒温振动搅拌，每搅拌15min，暂停搅拌10min，总计搅拌4次，然后关闭第三超声振动台和第三温控器，静置20min；

利用单轨吊车和吊钳将处理箱从石墨烯分散液箱中取出，然后将吸附了石墨烯的杆状铝合金颗粒放入恒温烘箱中进行烘干，烘干温度为70℃，烘干时间为45min，烘干后取出，制得混合颗粒；

2）高温压制

开启并调节压制模具上的第一加热器，第一加热器对压制模具的凹模和凸模进行预热，预热温度为410℃；

将混合颗粒放入压制模具的凹模中，然后将压制模具合模；合模完毕后进行恒温保压，保压压力为200MPa，保压时间为10min，制得混合颗粒块体；

将压制模具开模，压制模具的顶杆将混合颗粒块体顶出，然后取下混合颗粒块体，放置在钢制平板上冷却至室温，备用；

3）半固态熔炼

①熔炼铝合金液

将4000g铝合金锭切制成尺寸≤30mm×45mm×45mm的铝合金块体，然后将铝合金块体放入预热炉中进行预热，预热温度为200℃，预热时间为20min；

开启并调节铝合金熔炼炉内的铝合金熔炼坩埚上的第二加热器，第二加热器对铝合金熔炼坩埚进行预热，预热温度为250℃，预热时间为15min；

将预热的铝合金块体放入预热的铝合金熔炼坩埚中，然后密闭铝合金熔炼炉，调节第二加热器，对铝合金块体进行熔炼，熔炼温度为720℃±1℃，当铝合金块体全部熔化后，保温15min；

调节第二加热器，使铝合金熔炼坩埚的温度保持在625℃±1℃，保温15min，制得铝合金液；

②加热混合颗粒块体

将混合颗粒块体放入预热炉中进行预热，预热温度为150℃，预热时间为15min；

开启并调节半固态熔炼炉内的半固态熔炼坩埚上的第三加热器，第三加热器对半固态熔炼坩埚进行预热，预热温度为200℃，预热时间为15min；

将预热的混合颗粒块体放入预热的半固态熔炼坩埚中，然后密闭半固态熔炼炉，调节第三加热器，使半固态熔炼坩埚的温度保持在565℃±1℃，保温35min；

③制备半固态浆料

开启第一电磁泵，第一电磁泵将铝合金熔炼坩埚中的铝合金液通过第一料管输送到半固态熔炼坩埚中，第一电磁泵的流量为150g/s，输送时间为20s；

调节第三加热器，使半固态熔炼坩埚的温度保持在615℃±1℃，然后开启半固态熔炼坩埚下方的第四超声振动台进行恒温振动搅拌，超声波频率为120kHz，搅拌时间为30min，制得半固态浆料；

4）直接挤压铸造成型

①预热直接挤压铸造模具

采用电阻丝加热方式对直接挤压铸造模具的活动模芯和固定模芯进行预热，活动模芯的预热温度为330℃±1℃，固定模芯的预热温度为310℃±1℃；

将硅藻土脱模剂均匀的喷涂在直接挤压铸造模具的模腔表面，喷涂厚度为0.05mm；

②半固态浆料注入直接挤压铸造模具的模腔

将直接挤压铸造模具开模，开模行程从0mm到850mm，然后开启第二电磁泵，第二电磁泵将半固态熔炼坩埚中的半固态浆料通过第二料管输送到直接挤压铸造模具的模腔中；

③直接挤压铸造

将直接挤压铸造模具合模，合模行程从0mm到650mm时，合模速度为120mm/s，合模行程从650mm到850mm时，合模速度为20mm/s；合模完毕后进行保压，保压压力为180MPa，保压时间为25s，制得石墨烯复合铝基材料铸件；

④石墨烯复合铝基材料铸件脱模

将直接挤压铸造模具开模，直接挤压铸造模具的顶出机构将石墨烯复合铝基材料铸件顶出，然后取下石墨烯复合铝基材料铸件，放置在木质平板上，在空气中冷却至室温；

5）清理、清洗

用钢丝刷清理石墨烯复合铝基材料铸件各部及周边，然后用无水乙醇清洗石墨烯复合铝基材料铸件，清洗后晾干；

6）检测、分析、表征

对石墨烯复合铝基材料铸件的形貌、组织结构、力学性能进行检测、分析、表征；

用金相显微镜进行金相组织分析；

用电子万能试验机进行抗拉强度及延伸率分析；

用维氏硬度计进行硬度分析；

结论：石墨烯复合铝基材料铸件无缩孔、缩松缺陷，铸件抗拉强度达366MPa，延伸率达5.3%，硬度达106HV。

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