一种铝基合金粉末及其制备方法、用途
阅读说明：本技术 一种铝基合金粉末及其制备方法、用途 (Aluminum-based alloy powder and preparation method and application thereof ) 是由 龚辉 沈益文 蔡亦恺 刘雨虹 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铝基合金粉末及其制备方法、用途。本发明的铝基合金粉末,含有铝基粉末、多层石墨烯以及多层石墨烯与铝基粉末进行合金化形成的组织；其中,所述铝基合金粉末的表面至少部分被多层石墨烯包覆。本发明中,用低成本的石墨代替了高成本的石墨烯为原料,利用球磨的均匀化作用和机械剥离作用,在分散剂的帮助下,利用真空环境干燥、并实现去除(或减少)铝基粉末中含氢、氧、氯化物等挥发性有害物质,实现高质量的石墨烯与铝基粉末的包覆与合金化。由于在制备过程中隔绝了空气,得到的成品减少了氧化物杂质污染,相对的品质更纯、润湿性更好,成本也相对较低。(The invention relates to aluminum-based alloy powder and a preparation method and application thereof. The aluminum-based alloy powder contains aluminum-based powder, multilayer graphene and a tissue formed by alloying the multilayer graphene and the aluminum-based powder; wherein the surface of the aluminum-based alloy powder is at least partially coated with multiple layers of graphene. According to the invention, low-cost graphite is used as a raw material instead of high-cost graphene, and the high-cost graphene is dried in a vacuum environment under the help of a dispersing agent by utilizing the homogenization effect and the mechanical stripping effect of ball milling, so that volatile harmful substances such as hydrogen, oxygen, chloride and the like in the aluminum-based powder are removed (or reduced), and the high-quality coating and alloying of the graphene and the aluminum-based powder are realized. Because air is isolated in the preparation process, the obtained finished product reduces the oxide impurity pollution, and has purer relative quality, better wettability and lower cost.)
技术领域
本发明涉及一种铝基合金粉末及其制备方法，属于合金材料领域。
背景技术
铝基复合材料具有优异的强度和刚度，同时具有耐高温性和耐磨损性，且热膨胀系数低。目前，铝基复合材料的增强手段采用纤维增强体，其不仅能够提高铝基复合材料的强度，还能够改善其塑性。
石墨烯是一种新型单原子层厚度的二维材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，因此可以用作其他材料改性时的填充材料。由于石墨烯的韧性、强度及表面活性，当作为填充材料时，可在晶粒界面形成链桥效应。基础材料晶粒间通过石墨烯表面活性作用，形成晶粒界面呈现无缝隙连接的形态。基础材料中的晶粒界面形成无缝隙连接后，在外力作用时，其晶界滑移现象减少，抗应力能力增加，从而使得被填充的基础材料的强度随着抗应力能力的提高而增强。
现有技术以成品石墨烯与铝颗粒进行各种形式的混合工艺。但石墨烯存在尺寸较小，比表面积大，很难分散，很容易团聚的问题，因此，目前石墨烯增强金属基复合材料的工艺均存在产量低的问题，很难形成大规模生产。同时石墨烯本身的产生过程是一种复杂、周期长、高污染的过程，现有常规石墨烯的生产主要有三种方式：1)对石墨烯进行机械剥离；2)对天然气\ 甲烷气等进行化学沉积；3)对氧化石墨还原。但目前石墨烯生产流程都有如下缺点：生产流程长，能源消耗大，对环境有污染，同时成本较高，限制其在增强其他材料时的应用。
发明内容
发明要解决的问题
为解决上述问题，本发明提供了一种铝基合金粉末及其制备方法。根据本发明的制备方法，可以充分使多层石墨烯分散于铝基合金粉末中，同时，可以防止合金的氧化缺陷，可得到产高品质、高性能的铝基合金粉末。使用本发明的铝基合金粉末得到的成型体具有高抗拉强度与高硬度。
发明用于解决问题的方案
本发明提供一种铝基合金粉末，所述铝基合金粉末含有铝基粉末、多层石墨烯以及多层石墨烯与铝基粉末进行合金化形成的组织；
其中，所述铝基合金粉末的表面至少部分被多层石墨烯包覆。
根据本发明所述的铝基合金粉末，所述铝基合金粉末的平均粒径为 200～2000目。
根据本发明所述的铝基合金粉末，所述铝基合金粉末原料中的多层石墨烯与铝基粉末的质量比为1:20～1:500。
根据本发明所述的铝基合金粉末，所述铝基粉末为铝金属粉末或铝合金粉末。
一种本发明所述的铝基合金粉末的制备方法，包含如下步骤：
将石墨粉和铝基粉末加入溶剂制成糊状液；
将糊状液放入球磨机，闭合容器，进行连续处理，得到铝基合金粉末。
根据本发明所述的铝基合金粉末，所述石墨粉的纯度>99.9wt％，呈鳞片片状。
根据本发明所述的铝基合金粉末，所述石墨粉为3000目～50000目的石墨粉，所述铝基粉末为150～1500目的铝基粉末。
根据本发明所述的铝基合金粉末，所述连续处理包括如下步骤：
步骤A)、在常温、常压下，球磨12～48小时；
步骤B)、在常温下，抽至真空并球磨2～10小时；
步骤C)、在真空下升温至180～540℃，并同时进行球磨；
步骤D)、在真空下保温并球磨2～12小时，所述真空为压力小于1Pa；
步骤E)、降温转入真空罐保存或直接使用或充入保护性气体保存。
本发明还提供一种本发明所述的铝基合金粉末用于3D打印的用途。
发明的效果
本发明中，用低成本的石墨代替了高成本的石墨烯为原料，利用球磨的均匀化作用和机械剥离作用，在分散剂的帮助下，利用真空环境干燥、并实现去除(或减少)铝基粉末中含氢、氧、氯化物等挥发性有害物质，实现高质量的石墨烯与铝基粉末的包覆与合金化。由于在制备过程中隔绝了空气，得到的成品减少了氧化物杂质污染，相对的品质更纯、润湿性更好，成本也相对较低。
附图说明
图1：实施例1所得到的铝基合金粉末-I的扫描电镜图片。
图2：实施例2所得到的铝基合金粉末-II的扫描电镜图片。
图3：无石墨添加的铝粉的扫描电镜图片。
具体实施方式
以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是：
本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、 B的范围。
本说明书中，如没有特殊声明，则“多”、“多种”、“多个”等中的“多”表示2或以上的数值。
本说明书中，所述“基本上”、“大体上”或“实质上”表示于相关的完美标准或理论标准相比，误差在5％以下，或3％以下或1％以下。
本说明书中，如没有特别说明，则“％”均表示质量百分含量。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
本发明提供一种铝基合金粉末，所述铝基合金粉末含有铝基粉末、多层石墨烯以及多层石墨烯与铝基粉末进行合金化形成的组织；
其中，所述铝基合金粉末的表面至少部分被多层石墨烯包覆。
根据本发明所述的铝基合金粉末，所述铝基合金粉末的平均粒径为 200～2000目。
根据本发明所述的铝基合金粉末，所述铝基合金粉末原料中的多层石墨烯与铝基粉末的质量比为1:20～1:500。
根据本发明所述的铝基合金粉末，所述铝基粉末为铝金属粉末或铝合金粉末。
本发明还提供一种本发明所述的铝基合金粉末的制备方法，包含如下步骤：
将石墨粉和铝基粉末加入溶剂制成糊状液；
将糊状液放入球磨机，闭合容器，进行连续处理，得到铝基合金粉末。
根据本发明所述的制备方法，所述石墨粉的纯度为>99.9wt％，呈鳞片片状。
根据本发明所述的制备方法，所述石墨粉为3000～50000目的石墨粉，所述铝基粉末为200～800目的铝基粉末。
根据本发明所述的制备方法，所述连续处理包括如下步骤：
步骤A)、在常温常压下，球磨12～48小时；
步骤B)、在常温下，抽至真空并球磨2～10小时，目的除去溶剂；
步骤C)、在真空下升温至180～540℃，并同时进行球磨；
步骤D)、在真空下保温并球磨2-12小时，所述真空为压力小于1Pa；
步骤E)、降温转入真空罐保存或直接使用。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售获得的常规产品。
实施例1
以800目的纯度为99.9wt％的石墨粉3g，500目的1060铝粉600g为原料混合，然后配入适量99％无水乙醇，制成糊状溶液，其中，料液质量比约1:10。
将溶液放入球磨、真空干燥、热处理一体机，配入不锈钢球磨球(球料质量比12:1)，闭合容器，进行连续处理。
连续处理工艺为：
A)在常温常压下球磨12小时；
B)在常温下逐步抽至真空同时球磨2小时；
C)以1度/min升温并同时逐步抽真空球磨至460℃；
D)在460℃保温以及真空(<1Pa)下球磨2小时；
E)降温转入真空罐保存，得到铝基合金粉末-I。
实施例2
以300目的纯度为99.9wt％的石墨粉30g，500目的1060铝粉600g为原料混合，然后配入适量99％无水乙醇，制成糊状溶液，其中，料液质量比约1:10。
将溶液放入球磨、真空干燥、热处理一体机，配入不锈钢球磨球(球料质量比12:1)，闭合容器，进行连续处理。
连续处理工艺为：
A)在常温常压下球磨16小时；
B)在常温下逐步抽至真空同时球磨2小时；
C)以0.5度/min升温并同时逐步抽真空球磨至400℃；
D)在400℃保温以及真空(<1Pa)下球磨2小时；
E)降温转入真空罐保存，得到铝基合金粉末-II。
应用例1
将实施例1得到的铝基合金粉末-I继续热等静压，得到铝烯合金-I，并对其进行性能测试。
对比应用例1
将与实施例1中使用的同成分无石墨添加的铝粉热等静压，得到铝合金 -I，应用例1中得到的铝烯合金-I相对于铝合金-I，抗拉强度为342/221MPa，提高55％。
应用例2
将实施例2得到的铝基合金粉末-II热挤压成铝烯合金丝，不降温连续挤压成丝后可常态保存得到铝烯合金-II。
对比应用例2
将与实施例2中使用的同成分无石墨添加的铝粉热挤压成铝丝，不降温连续挤压成丝后，得到铝合金-II。
采用相同成分的合金组成铸造铝合金，分别将铝烯合金-II和铝合金-II 作为中间合金以0.5wt％的添加量添加到铝金属融液生产铝合金，铝烯合金-II 相对于铝合金-2，经添加后的铝合金抗拉强度提高27％。
应用例3
将实施例1得到的铝基合金粉末-I作为3D打印材料，以3D打印机打出试件，记为铝烯合金3D-I。
对比应用例3
将与实施例1中使用的同成分无石墨添加的铝粉作为3D打印材料，以3D 打印机打出试件，记为铝合金3D-I。
应用例3中得到的铝烯合金3D-I相对于铝合金3D-I，抗拉强度为 374/231MPa，提高62％。
应用例4
将实施例2得到的铝基合金粉末-II作为3D打印材料，以3D打印机打出试件，记为铝烯合金3D-II。
对比应用例4
将与实施例2中使用的同成分无石墨添加的铝粉作为3D打印材料，以3D 打印机打出试件，记为铝合金3D-II。
应用例4中得到的铝烯合金3D-II相对于铝合金3D-II，硬度由HB90提高为HB147。
需要说明的是，尽管以具体实施例介绍了本发明的技术方案，但本领域技术人员能够理解，本发明应不限于此。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
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