CN114231776A - 一种复合金属材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合金属材料及其制备方法和用途,属于金属制备技术领域。复合金属材料的制备方法如下:在低温条件下,将氧化石墨烯分散于水中,分散均匀后得到氧化石墨烯溶液;在常温条件下,将六水硫酸镍、过硫酸钾、氢氧化钾依次加入到氧化石墨烯溶液中,经搅拌、过滤、洗涤、干燥,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;将镁合金粉加入到乙醇溶液中,得到镁合金溶液,向镁合金溶液中加入氢氧化镍/氧化石墨烯,经搅拌、过滤、干燥得到复合镁合金粉末;将复合镁合金粉末经过保温处理后,进行挤压成型得到复合金属材料。该制备方法工艺简单,提高了镁合金的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属制备技术领域,更具体的涉及一种复合金属材料及其制备方法和用途。
背景技术
镁合金是以镁为基础加入其他元素的合金,主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前,商业应用镁合金主要有二元合金系、三元合金系和多元合金系。其中二元合金系有Mg-Li系、Mg-Mn系、Mg-Zn系和Mg-Al系等。三元合金系则主要有:Mg-Zn-Zr系、Mg-Al-Zn系等。多元合金系主要有:Mg-Al-Ca-RE、Mg-Al-Zn-Ca等。镁合金是一种轻质金属材料,其密度仅相当于铝的2/3,钢的1/4,具有比强度高、比弹性模量大、导热性好、密度低等优点,具有广阔的应用前景。但是,其较低的力学性能制约着镁合金的应用。基于此,本发明提出一种复合金属材料的制备方法,提高镁合金的力学性能。
发明内容
针对以上问题,本发明提供了一种复合金属材料及其制备方法和用途,该制备方法工艺简单,提高了镁合金的力学性能。
本发明的第一个目的是提供一种复合金属材料的制备方法,按照以下步骤进行:
S1、在低温条件下,将氧化石墨烯分散于水中得到氧化石墨烯溶液;
其中,氧化石墨烯和水的比值为3-4g:50ml;
S2、在常温条件下,将六水硫酸镍、过硫酸钾、氢氧化钾依次加入到S1制备的氧化石墨烯溶液中,经搅拌、过滤、洗涤、干燥,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;
其中,六水硫酸钾、过硫酸钾、氧化石墨烯溶液的比值为4mol:0.2-0.3mol:30-40ml;氧化石墨烯溶液和氢氧化钾的体积比为30:2-3;
S3、将镁合金粉加入到乙醇溶液中得到浓度为0.1-0.2g/ml的镁合金溶液,向镁合金溶液中加入S2制备的氢氧化镍/氧化石墨烯,经搅拌、过滤、干燥得到复合镁合金粉末;
其中,镁合金粉与氢氧化镍/氧化石墨烯的质量比为100:3-8;
S4、将复合镁合金粉末经过保温处理后,进行挤压成型得到复合金属材料。
优选的,S1中低温的温度为5-10℃,超声时间为6-8h。
优选的,S2中,搅拌时间为20-24h。
优选的,S2中,将六水硫酸镍、过硫酸钾依次加入到S1制备的氧化石墨烯溶液中,搅拌均匀后,得到混合溶液,向混合溶液中滴加氢氧化钾。
优选的,S4中,保温处理的温度为380-400℃,保温时间为10-12h。
优选的,S4中,挤压成型的处理方法为:挤压温度为350-400℃,挤压比为20-35。
本发明的第二个目的是提供一种上述方法制备的复合金属材料。
本发明的第三个目的是提供一种上述复合金属材料在制备复合金属板材中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明制备了氢氧化镍/氧化石墨烯,氧化石墨烯含有羧基、环氧基、羟基等含氧官能团,镍离子在带负电的含氧官能团的作用下,镍离子与氧化石墨烯结合,进而生成氢氧化镍,制备得到氢氧化镍/氧化石墨烯,有效的提高了氧化石墨烯的分散性,使氧化石墨烯在镁合金中形成了较为均匀的分散;在保温的过程中,氢氧化镍转变成氧化镍,氧化镍作为“桥梁”,使得氧化石墨烯与镁合金的界面结合强度增强,从而提高了镁合金的力学性能。
附图说明
图1为实施例1-6和对比例1制备的复合金属材料的硬度;
图2为实施例1-6和对比例1制备的复合金属材料的抗拉强度。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明使用的镁合金粉末为AZ91镁合金。
实施例1
本实施例提供了一种复合金属材料及其制备方法,按照以下步骤进行:
S1、将3g氧化石墨烯在5℃的低温条件下超声分散于50ml水中,超声功率为800W,超声时间为6h,分散均匀后得到氧化石墨烯溶液;
S2、将4mol的六水硫酸镍加入到30ml S1制备的氧化石墨烯溶液,搅拌30min后,再次加入0.2mol过硫酸钾,搅拌20min后,得到混合溶液,向混合溶液中滴加2ml氢氧化钾,搅拌24h后,过滤后用去离子水洗涤3次,60℃干燥10h,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;
S3、将50g镁合金粉加入到500ml乙醇溶液中,50r/min搅拌1h得到浓度为0.1g/ml的镁合金溶液,向镁合金溶液中加入2.5g氢氧化镍/氧化石墨烯,搅拌2h、经过滤后,80℃干燥10h得到复合镁合金粉末;
S4、将复合镁合金粉末在380℃保温12h进行保温处理,进行挤压成型,挤压温度为380℃,挤压比为20,挤压速率为1.6mm/s,得到复合金属材料。
实施例2
本实施例提供了一种复合金属材料及其制备方法,按照以下步骤进行:
S1、将4g氧化石墨烯在10℃的低温条件下超声分散于50ml水中,超声功率为800W,超声时间为8h,分散均匀后得到氧化石墨烯溶液;
S2、将4mol的六水硫酸镍加入到30ml S1制备的氧化石墨烯溶液,搅拌30min后,再次加入0.3mol过硫酸钾,搅拌30min后,得到混合溶液,向混合溶液中滴加3ml氢氧化钾,搅拌20h后,过滤后用去离子水洗涤4次,70℃干燥8h,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;
S3、将50g镁合金粉加入到500ml乙醇溶液中,50r/min搅拌1h得到浓度为0.1g/ml的镁合金溶液,向镁合金溶液中加入2.5g氢氧化镍/氧化石墨烯,搅拌2h、经过滤后,80℃干燥10h得到复合镁合金粉末;
S4、将复合镁合金粉末在380℃保温12h进行保温处理,进行挤压成型,挤压温度为380℃,挤压比为20,挤压速率为1.6mm/s,得到复合金属材料。
实施例3
本实施例提供了一种复合金属材料及其制备方法,按照以下步骤进行:
S1、将3.5g氧化石墨烯在8℃的低温条件下超声分散于50ml水中,超声功率为800W,超声时间为7h,分散均匀后得到氧化石墨烯溶液;
S2、将4mol的六水硫酸镍加入到40ml S1制备的氧化石墨烯溶液,搅拌25min后,再次加入0.25mol过硫酸钾,搅拌25min后,得到混合溶液,向混合溶液中滴加3.3ml氢氧化钾,搅拌22h后,过滤后用去离子水洗涤3次,80℃干燥9h,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;
S3、将50g镁合金粉加入到500ml乙醇溶液中,50r/min搅拌1h得到浓度为0.1g/ml的镁合金溶液,向镁合金溶液中加入2.5g氢氧化镍/氧化石墨烯,搅拌2h、经过滤后,80℃干燥10h得到复合镁合金粉末;
S4、将复合镁合金粉末在380℃保温12h进行保温处理,进行挤压成型,挤压温度为380℃,挤压比为20,挤压速率为1.6mm/s,得到复合金属材料。
实施例4
本实施例提供了一种复合金属材料及其制备方法,按照以下步骤进行:
S1、将3g氧化石墨烯在5℃的低温条件下超声分散于水中,超声功率为800W,超声时间为6h,分散均匀后得到氧化石墨烯溶液;
S2、将4mol的六水硫酸镍加入到30ml S1制备的氧化石墨烯溶液,搅拌30min后,再次加入0.2mol过硫酸钾,搅拌20min后,得到混合溶液,向混合溶液中滴加2ml氢氧化钾,搅拌24h后,过滤后用去离子水洗涤3次,60℃干燥10h,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;
S3、将100g镁合金粉加入到500ml乙醇溶液中,50r/min搅拌1h得到浓度为0.2g/ml的镁合金溶液,向镁合金溶液中加入7g氢氧化镍/氧化石墨烯,搅拌2h、经过滤后,70℃干燥12h得到复合镁合金粉末;
S4、将复合镁合金粉末在400℃保温10h进行保温处理,进行挤压成型,挤压温度为400℃,挤压比为35,挤压速率为1.6mm/s,得到复合金属材料。
实施例5
本实施例提供了一种复合金属材料及其制备方法,按照以下步骤进行:
S1、将3.5g氧化石墨烯在8℃的低温条件下超声分散于50ml水中,超声功率为800W,超声时间为7h,分散均匀后得到氧化石墨烯溶液;
S2、将4mol的六水硫酸镍加入到40ml S1制备的氧化石墨烯溶液,搅拌25min后,再次加入0.25mol过硫酸钾,搅拌25min后,得到混合溶液,向混合溶液中滴加3.3ml氢氧化钾,搅拌22h后,过滤后用去离子水洗涤3次,80℃干燥9h,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;
S3、将75g镁合金粉加入到500ml乙醇溶液中,50r/min搅拌1h得到浓度为0.15g/ml的镁合金溶液,向镁合金溶液中加入2.25g氢氧化镍/氧化石墨烯,搅拌2h,经过滤后,80℃干燥10h得到复合镁合金粉末;
S4、将复合镁合金粉末在390℃保温11h进行保温处理,进行挤压成型,挤压温度为380℃,挤压比为28,挤压速率为1.6mm/s,得到复合金属材料。
实施例6
本实施例提供了一种复合金属材料及其制备方法,按照以下步骤进行:
S1、将3g氧化石墨烯在10℃的低温条件下超声分散于50ml水中,超声功率为800W,超声时间为6h,分散均匀后得到氧化石墨烯溶液;
S2、将4mol的六水硫酸镍加入到35ml S1制备的氧化石墨烯溶液,搅拌35min后,再次加入0.2mol过硫酸钾,搅拌25min后,得到混合溶液,向混合溶液中滴加3.5ml氢氧化钾,搅拌24h后,过滤后用去离子水洗涤3次,70℃干燥9h,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;
S3、将50g镁合金粉加入到500ml乙醇溶液中,50r/min搅拌2h得到浓度为0.1g/ml的镁合金溶液,向镁合金溶液中加入4g氢氧化镍/氧化石墨烯,搅拌1.5h、经过滤后,80℃干燥10h得到复合镁合金粉末;
S4、将复合镁合金粉末在380℃保温10h进行保温处理,进行挤压成型,挤压温度为350℃,挤压比为28,挤压速率为1.6mm/s,得到复合金属材料。
实施例7
本实施例提供了一种复合金属材料及其制备方法,按照以下步骤进行:
S1、将3g氧化石墨烯在5℃的低温条件下超声分散于50ml水中,超声功率为800W,超声时间为5h,分散均匀后得到氧化石墨烯溶液;
S2、将4mol的六水硫酸镍加入到30ml S1制备的氧化石墨烯溶液,搅拌30min后,再次加入0.2mol过硫酸钾,搅拌20min后,得到混合溶液,向混合溶液中滴加2ml氢氧化钾,搅拌24h后,过滤后用去离子水洗涤4次,65℃干燥10h,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;
S3、将50g镁合金粉加入到500ml乙醇溶液中,70r/min搅拌1h得到浓度为0.1g/ml的镁合金溶液,向镁合金溶液中加入2g氢氧化镍/氧化石墨烯,搅拌2h、经过滤后,80℃干燥10h得到复合镁合金粉末;
S4、将复合镁合金粉末在380℃保温12h进行保温处理,进行挤压成型,挤压温度为380℃,挤压比为20,挤压速率为1.6mm/s,得到复合金属材料。
对比例1
将镁合金粉末在380℃保温12h进行保温处理,进行挤压成型,挤压温度为380℃,挤压比为20,挤压速率为1.6mm/s,得到复合金属材料。
对实施例1-6和对比例1制备的复合金属材料进行了力学性能测试,如表1和图1-2所示。
表1复合金属材料的力学性能
样品 | 硬度(HV) | 抗拉强度(MPa) |
实施例1 | 85.6 | 347 |
实施例2 | 84.5 | 334 |
实施例3 | 84.8 | 339 |
实施例4 | 83.7 | 328 |
实施例5 | 82.9 | 317 |
实施例6 | 83.6 | 326 |
对比例1 | 70.5 | 271 |
由表1和图1-2可以看出,本发明制备的复合金属材料的抗拉强度达317-347MPa,硬度为82.9-85.6HV,是一种力学性能优良的复合材料。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种复合金属材料的制备方法,其特征在于,按照以下步骤进行:
S1、在低温条件下,将氧化石墨烯分散于水中得到氧化石墨烯溶液;
其中,氧化石墨烯和水的比值为3-4g:50ml;
S2、在常温条件下,将六水硫酸镍、过硫酸钾、氢氧化钾依次加入到S1制备的氧化石墨烯溶液中,经搅拌、过滤、洗涤、干燥,得到氢氧化镍/氧化石墨烯;
其中,六水硫酸钾、过硫酸钾、氧化石墨烯溶液的比值为4mol:0.2-0.3mol:30-40ml;氧化石墨烯溶液和氢氧化钾的体积比为30:2-3;
S3、将镁合金粉加入到乙醇溶液中得到浓度为0.1-0.2g/ml的镁合金溶液,向镁合金溶液中加入S2制备的氢氧化镍/氧化石墨烯,经搅拌、过滤、干燥得到复合镁合金粉末;
其中,镁合金粉与氢氧化镍/氧化石墨烯的质量比为100:3-8;
S4、将复合镁合金粉末经过保温处理后,进行挤压成型得到复合金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种复合金属材料的制备方法,其特征在于,S1中低温的温度为5-10℃,超声时间为6-8h。
3.根据权利要求1所述的一种复合金属材料的制备方法,其特征在于,S2中,搅拌时间为20-24h。
4.根据权利要求1所述的一种复合金属材料的制备方法,其特征在于,S2中,将六水硫酸镍、过硫酸钾依次加入到S1制备的氧化石墨烯溶液中,搅拌均匀后,得到混合溶液,向混合溶液中滴加氢氧化钾。
5.根据权利要求1所述的一种复合金属材料的制备方法,其特征在于,S4中,保温处理的温度为380-400℃,保温时间为10-12h。
6.根据权利要求1所述的一种复合金属材料的制备方法,其特征在于,S4中,挤压成型的处理方法为:挤压温度为350-400℃,挤压比为20-35。
7.一种权利要求1-6任一项所述方法制备的复合金属材料。
8.一种权利要求7所述的复合金属材料在制备复合金属板材中的应用。
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