阅读说明：本技术 一种钛铜合金防爆材料及其制备方法 (Titanium-copper alloy explosion-proof material and preparation method thereof ) 是由 任俊勇 翁雷雷 付凯 付景义 季晓玲 庞金影 张宝生 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钛铜合金防爆材料及其制备方法。该材料包含如下组分：钛铜合金30-40wt％；石墨烯60-70wt％；所述钛铜合金包含如下组分：钛60-65at％；铜30at％；镍5-10at％。其制备方法为：1)取高纯度的钛、铜、镍为原料,在氩氛围中进行高温熔炼,打磨去氧化皮后,研磨成粉,得到合金粉末；2)将天然石墨或人造石墨制成粉状的石墨烯；3)取部分合金粉末和粉状的石墨烯混合,装入模具中,烧结得到预制体；将预制体放入坩埚中抽真空,将剩余的合金粉末加热至熔融,将合金熔体通入以渗透预制体,冷却至室温后即可。本发明将钛铜合金和石墨烯通过结合混合烧结、合金熔体渗透等方式,制成防爆材料,能够提高了材料整体的强度,具有优异的防爆性能。(The invention discloses a titanium copper alloy explosion-proof material and a preparation method thereof. The material comprises the following components: 30-40 wt% of titanium-copper alloy; 60-70 wt% of graphene; the titanium-copper alloy comprises the following components: titanium 60-65 at%; 30 at% of copper; 5 to 10at percent of nickel. The preparation method comprises the following steps: 1) taking high-purity titanium, copper and nickel as raw materials, smelting at high temperature in an argon atmosphere, polishing to remove oxide skin, and grinding into powder to obtain alloy powder; 2) preparing natural graphite or artificial graphite into powdery graphene; 3) mixing part of alloy powder and powdered graphene, filling the mixture into a mold, and sintering to obtain a prefabricated body; and putting the preform into a crucible, vacuumizing, heating the residual alloy powder to be molten, introducing the alloy melt to permeate the preform, and cooling to room temperature. According to the invention, the titanium-copper alloy and the graphene are prepared into the explosion-proof material by combining the modes of mixed sintering, alloy melt infiltration and the like, so that the overall strength of the material can be improved, and the material has excellent explosion-proof performance.)

一种钛铜合金防爆材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种钛铜合金防爆材料及其制备方法。

背景技术

近年来，钛和钛合金由于其高比强度和优异的耐腐蚀性，在化工、冶金、生物医学等领域开始得到应用。其中，钛铜合金具有高强度、高弹性、耐热性、抗疲劳性优异以及良好的弯曲性能，被广泛应用于轻工业、建筑行业中。另外，钛铜合金作为医用植入材料具有很大的应用潜力。石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。目前，还未发现有将钛铜合金和石墨烯结合，制成防爆材料的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钛铜合金防爆材料及其制备方法，将钛铜合金和石墨烯相结合，制成新型的防爆材料。本防爆材料可用于制作防爆工具，防爆电气、防爆容器、防爆设备等，广泛应用于石油、石化、军工、电力、电子、铁路、矿山、采气等领域。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种钛铜合金防爆材料。

该钛铜合金防爆材料包含如下组分：

钛铜合金30-40wt％；

石墨烯60-70wt％；

其中，所述钛铜合金包含如下组分：

钛60-65at％；

铜30at％；

镍5-10at％。

优选的，所述钛铜合金防爆材料包含如下组分：

钛铜合金35.5wt％；

石墨烯64.5wt％；

其中，所述钛铜合金包含如下组分：

钛65at％；

铜30at％；

镍5at％。

另一方面，本发明还提供了上述钛铜合金防爆材料的制备方法。

该制备方法包括以下步骤：

1）按配比取高纯度的钛、铜、镍作为原料，用酒精超声波清洗，吹干后置于电弧炉中，在氩氛围中进行高温熔炼，温度为1200-1400 K，时间为3-5 h，反复熔炼4 次，得到合金锭打磨去氧化皮后敲碎成颗粒，并研磨成粉，得到合金粉末；

2）将天然石墨或人造石墨加入的浓硫酸和浓硝酸的混合液中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为2:1，搅拌5-15min后加入混合液重量0.1～3％的氯酸钾粉末，继续搅拌48-120h；加入混合液体积10-50倍的水稀释，再加入稀盐酸洗涤至氯化钡溶液无法检出硫酸根离子为止，之后使用去离子水反复洗涤至pH值为中性；高速离心分离，取沉淀物，真空烘干得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯在900-1050℃条件下，快速热膨胀10-30s，得到可剥离石墨；在可剥离石墨加无水乙醇，超声波处理0.5-4小时，所得悬浮液烘干得到粉状的石墨烯；

3）取5/10-7/10重量的合金粉末和粉状的石墨烯按比例混合后，装入石墨模具中，使用热压烧结炉进行烧结，得到预制体；将预制体放入坩埚中，坩埚中的真空度为0.095-0.098Mpa，将剩余的合金粉末加热至1000-1100℃并保持10min以上，以变成熔融的合金熔体，将合金熔体通入坩埚以渗透预制体，冷却至室温后，即可得到钛铜合金防爆材料。

步骤1）中：

所述钛、铜、镍的纯度均为99.99％。

所述高温熔炼的温度优选为1273K，时间优选为4 h。

所述合金粉末的粒径优选为10-50nm。

步骤2）中：

所述浓硫酸的质量分数为98.3％；所述浓硝酸的质量分数为98％。

所述高速离心分离的条件为3000-12000rpm，时间1-10min。

步骤3）中：

所述烧结的过程为：首先在200s内将混合粉末的温度提高到500℃，压力提高到8MPa，保温200s；然后在200s内将温度提高到850℃，压力提高到15MPa，保温200s；继而在200s内将温度降至500℃、压力降至5Mpa，最后撤去压力并自然冷却至室温。

本发明的的钛铜合金防爆材料，为钛铜合金和石墨烯混合烧结而成；钛铜合金为钛-铜-镍合金，相对普通的钛-铜合金具有更好的耐磨性和防腐性；将钛铜合金和石墨烯混合烧结的同时，并将部分钛铜合金以合金熔体状态进行渗透，能够将钛铜合金紧密填充至石墨烯的孔隙中，提高了防爆材料整体的强度，具有优异的防爆性能。

具体实施方式

下述实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

钛铜合金防爆材料包含如下组分：钛铜合金35.5wt％、石墨烯64.5wt％。其中，钛铜合金包含如下组分：钛65at％、铜30at％、镍5at％。

钛铜合金防爆材料的制备方法为：

1）按配比取高纯度的钛（99.99％）、铜（99.99％）、镍（99.99％）作为原料，用酒精超声波清洗，吹干后置于电弧炉中，在氩氛围中进行高温熔炼，温度为1273 K，时间为4 h，反复熔炼4 次，得到合金锭打磨去氧化皮后敲碎成颗粒，并研磨成粉（粒径10-50nm），得到合金粉末；

2）将天然石墨或人造石墨加入的浓硫酸（98.3％）和浓硝酸（98％）的混合液中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为2:1，搅拌10min后加入混合液重量1％的氯酸钾粉末，继续搅拌72h；加入混合液体积50倍的水稀释，再加入稀盐酸洗涤至氯化钡溶液无法检出硫酸根离子为止，之后使用去离子水反复洗涤至pH值为中性；高速离心分离，12000rpm，时间5min，取沉淀物，真空烘干得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯在1050℃条件下，快速热膨胀10s，得到可剥离石墨；在可剥离石墨加无水乙醇，超声波处理2.5小时，所得悬浮液烘干得到粉状的石墨烯；

3）取5/10重量的合金粉末和粉状的石墨烯按比例混合后，装入石墨模具中，使用热压烧结炉进行烧结，得到预制体；

烧结的过程为：首先在200s内将混合粉末的温度提高到500℃，压力提高到8MPa，保温200s；然后在200s内将温度提高到850℃，压力提高到15MPa，保温200s；继而在200s内将温度降至500℃、压力降至5Mpa，最后撤去压力并自然冷却至室温；

将预制体放入坩埚中，坩埚中的真空度为0.098Mpa，将剩余的合金粉末加热至1100℃并保持10min以上，以变成熔融的合金熔体，将合金熔体通入坩埚以渗透预制体，冷却至室温后，即可得到钛铜合金防爆材料。

实施例2

钛铜合金防爆材料包含如下组分：钛铜合金30wt％、石墨烯70wt％。其中，钛铜合金包含如下组分：钛60at％、铜30at％、镍10at％。

钛铜合金防爆材料的制备方法为：

1）按配比取高纯度的钛（99.99％）、铜（99.99％）、镍（99.99％）作为原料，用酒精超声波清洗，吹干后置于电弧炉中，在氩氛围中进行高温熔炼，温度为1400 K，时间为3 h，反复熔炼4 次，得到合金锭打磨去氧化皮后敲碎成颗粒，并研磨成粉（粒径10-50nm），得到合金粉末；

2）将天然石墨或人造石墨加入的浓硫酸（98.3％）和浓硝酸（98％）的混合液中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为2:1，搅拌5min后加入混合液重量0.5％的氯酸钾粉末，继续搅拌120h；加入混合液体积10-50倍的水稀释，再加入稀盐酸洗涤至氯化钡溶液无法检出硫酸根离子为止，之后使用去离子水反复洗涤至pH值为中性；高速离心分离，3000rpm，时间10min，取沉淀物，真空烘干得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯在900℃条件下，快速热膨胀30s，得到可剥离石墨；在可剥离石墨加无水乙醇，超声波处理0.5小时，所得悬浮液烘干得到粉状的石墨烯；

3）取7/10重量的合金粉末和粉状的石墨烯按比例混合后，装入石墨模具中，使用热压烧结炉进行烧结，得到预制体；

烧结的过程为：首先在200s内将混合粉末的温度提高到500℃，压力提高到8MPa，保温200s；然后在200s内将温度提高到850℃，压力提高到15MPa，保温200s；继而在200s内将温度降至500℃、压力降至5Mpa，最后撤去压力并自然冷却至室温；

将预制体放入坩埚中，坩埚中的真空度为0.095Mpa，将剩余的合金粉末加热至1000℃并保持10min以上，以变成熔融的合金熔体，将合金熔体通入坩埚以渗透预制体，冷却至室温后，即可得到钛铜合金防爆材料。