耐蚀铝碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了耐蚀铝碳复合材料及其制备方法，涉及复合材料制备技术领域，其制备方法包括如下步骤：步骤S1：在氩气保护氛围下，将石墨烯、铝粉和过程控制剂混合并球磨，加热并保温后，得到铝碳复合粉体；步骤S2：通过大塑性变形对所述铝碳复合粉体进行旋转挤压并保载后，得到耐蚀铝碳复合材料。本发明专利技术通过球磨和大塑性变形实现石墨烯的超均质化分布和组织的超细晶化，突破了铝碳复合材料的强韧性—耐蚀性拮抗关系瓶颈，且本发明专利技术的制备方法中材料无熔化—凝固过程，显著降低了烧结所需能量，降低了工艺难度，是具有节能环保的技术特性的绿色制造技术。制造技术。制造技术。

【技术实现步骤摘要】
耐蚀铝碳复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料制备
，具体而言，涉及一种耐蚀铝碳复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯作为一种二维材料，拥有极高的面内弹性模量和抗拉强度，被认为是铝基复合材料的新一代增强相。其巨大的比表面积带来了显著的载荷传递效应，从而大幅度提升了铝基复合材料的综合强韧性能。然而，现有的石墨烯铝基复合材料，特别是高强石墨烯增强铝基复合材料，往往表现出极差的耐蚀性。这可以归结于以下三点原因：(1)石墨烯作为一种碳基物质，其腐蚀电位为0.2V vs.SCE(饱和甘汞电极)，而铝基体的腐蚀电位为
‑
1.1V vs.SCE。二者间较大的电位差带来了严重的微电偶腐蚀效应，铝基体作为阳极快速腐蚀溶解而形成了所谓的石墨烯促蚀现象；(2)诸如O2、H2O等小分子可沿着石墨烯的缺陷性边缘进行扩散，从而导致其扩散至基体内部，形成严重的缝隙腐蚀；(3)石墨烯的高比表面积特性决定了其存在严重的范德华力吸附现象，这使得其易于在铝基复合材料内形成团聚，从而进一步加剧了复合材料的异质性，弱化了其宏观耐蚀性能。由此可见，石墨烯在铝基体内易团聚及二者间的导电性带来的腐蚀效应是影响铝碳复合材料的重要原因。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的问题是铝碳复合材料中存在的强韧性和耐蚀性的拮抗问题。
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种耐蚀铝碳复合材料制备方法，包括如下步骤：
[0005]步骤S1：在氩气保护氛围下，将石墨烯、铝粉和过程控制剂混合并球磨，加热并保温后，得到铝碳复合粉体；
[0006]步骤S2：通过大塑性变形对所述铝碳复合粉体进行旋转挤压并保载后，得到耐蚀铝碳复合材料。
[0007]进一步地，步骤S1中，所述石墨烯的质量分数为0.1
‑
10％，所述铝粉的质量分数为90
‑
99.9％。
[0008]进一步地，步骤S1中，所述球磨过程中的研磨球为钇稳定二氧化锆球，所述钇稳定二氧化锆球的直径为4
‑
10mm。
[0009]进一步地，步骤S1中，所述球磨过程中的球料比为(5
‑
30)：1，所述球磨转速为100
‑
500rpm，所述球磨时间为2
‑
20h。
[0010]进一步地，步骤S1中，所述加热温度为400
‑
450℃，所述保温时间为0.5
‑
1h。
[0011]进一步地，步骤S1中，所述铝粉包括纯铝粉末、Al
‑
Mg粉末、Al
‑
Mn粉末、Al
‑
Mg
‑
Mn粉末、Al
‑
Cu粉末、Al
‑
Cu
‑
Li粉末、Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu粉末、Al
‑
Si粉末、Al
‑
Li
‑
Mg
‑
Zn
‑
Cu粉末，所述铝粉的平均粒径为1μm
‑
200μm。
[0012]进一步地，步骤S2中，所述通过大塑性变形对所述铝碳复合粉体进行旋转挤压并保载，包括：
[0013]将所述铝碳复合粉体冷压成型后，再置于大塑性变形的模具中，通过与所述模具尺寸对应的压杆对冷压成型的所述铝碳复合粉体进行旋转挤压并保载。
[0014]进一步地，步骤S2中，所述压杆的旋转速度为50
‑
3000rpm，所述保载时间为3
‑
180s。
[0015]进一步地，其特征在于，步骤S2中，所述旋转挤压前后的体积压缩比为(1.2
‑
2)：1。
[0016]本专利技术所述的一种耐蚀铝碳复合材料制备方法相对于现有技术的有益效果包括：
[0017]1、本专利技术通过将石墨烯、铝粉和过程控制剂混合并球磨，再通过大塑性变形对所述铝碳复合粉体进行旋转挤压并保载，使石墨烯在铝基体中破碎、剥离、再分布，实现在铝基体内超均质化分布，弱化了铝碳复合材料的宏观电化学异质性，并通过铝粉表面天然的氧化膜构建出石墨烯
‑
无定形铝氧层
‑
铝基体间接型界面与石墨烯
‑
铝基体直接型界面复合的双模态界面结构，实现高强冶金结合的同时提高相界面阻抗，弱化局部微电偶效应，在宏微观两方面提高了铝碳复合材料的耐腐蚀性；
[0018]2、本专利技术通过大塑性变形对所述铝碳复合粉体进行旋转挤压并保载，实现了铝碳复合材料的固相烧结与致密化，并促进铝基体发生动态回复及再结晶，实现晶粒组织的超细晶化甚至是纳米晶化，形成孔隙率极低的优质超细晶铝碳复合材料，从而保障了铝碳复合材料的高强韧力学性能；
[0019]3、相对于现有技术中常规铝碳复合材料因其范德华力导致的团聚难以实现表面均匀堆积的情况，本专利技术经过球磨及大塑性变形后，石墨烯在铝基体中呈现超均质化分布，可以在腐蚀介质的腐蚀过程中均匀地堆积于腐蚀表面；且由于石墨烯的sp2杂化蜂窝网络结构，其面内可以隔绝几乎所有小分子的通过，这层均匀的石墨烯与水合氧化铝堆积层可以提高腐蚀性介质离子及分子的通过能垒，提高扩散距离，从而实现对铝碳复合材料进一步腐蚀的抑制，强化铝碳复合材料的耐蚀性能；
[0020]4、本专利技术通过球磨和大塑性变形实现石墨烯的超均质化分布和组织的超细晶化，突破了铝碳复合材料的强韧性—耐蚀性拮抗关系瓶颈，且本专利技术的制备方法中材料无熔化——凝固过程，显著降低了烧结所需能量，降低了工艺难度，是具有节能环保的技术特性的绿色制造技术。
[0021]本专利技术还提供了一种耐蚀铝碳复合材料，根据所述的耐蚀铝碳复合材料制备方法制得。
[0022]本专利技术所述的耐蚀铝碳复合材料相对于现有技术的有益效果与耐蚀铝碳复合材料制备方法相同，在此不再赘述。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例中的耐蚀铝碳复合材料的制备流程图；
[0024]图2为本专利技术实施例中的铝碳复合材料透射电子显微镜微观组织结构图。
具体实施方式
[0025]下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。
[0026]如图1所示，本专利技术实施例一种耐蚀铝碳复合材料制备方法，包括如下步骤：
[0027]步骤S1：在氩气保护氛围下，将石墨烯、铝粉和过程控制剂混合并球磨，加热并保温后，得到铝碳复合粉体；
[0028]步骤S2：通过大塑性变形对所述铝碳复合粉体进行旋转挤压并保载后，得到耐蚀铝碳复合材料。
[0029]本专利技术实施例通过将石墨烯、铝粉和过程控制剂混合并球磨，再通过大塑性变形对所述铝碳复合粉体进行旋转挤压并保载，使石墨烯在铝基体中破碎、剥离、再分布，实现在铝基体内超均质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐蚀铝碳复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：在氩气保护氛围下，将石墨烯、铝粉和过程控制剂混合并球磨，加热并保温后，得到铝碳复合粉体；步骤S2：通过大塑性变形对所述铝碳复合粉体进行旋转挤压并保载后，得到耐蚀铝碳复合材料。2.根据权利要求1所述的耐蚀铝碳复合材料制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述石墨烯的质量分数为0.1
‑
10％，所述铝粉的质量分数为90
‑
99.9％。3.根据权利要求1所述的耐蚀铝碳复合材料制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述球磨过程中的研磨球为钇稳定二氧化锆球，所述钇稳定二氧化锆球的直径为4
‑
10mm。4.根据权利要求1所述的耐蚀铝碳复合材料制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述球磨过程中的球料比为(5
‑
30)：1，所述球磨转速为100
‑
500rpm，所述球磨时间为2
‑
20h。5.根据权利要求1所述的耐蚀铝碳复合材料制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述加热温度为400
‑
450℃，所述保温时间为0.5
‑
1h。6.根据权利要求1所述的耐蚀铝碳复合材料制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述铝粉包括纯铝粉末、Al
‑
Mg粉末、Al
‑
Mn粉末、Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：谢聿铭，黄永宪，孟祥晨，冒冬鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：