本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)：

石墨烯材料是目前世界上最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言其將徹底改變21世紀(jì)，極有可能掀起一場顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。近年來，石墨烯增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，制備石墨烯-金屬基復(fù)合材料的方法多數(shù)采用熔煉、粉末燒結(jié)等方法，制備效率低，并且還需要后續(xù)的機(jī)械加工才能最終成型所需要的復(fù)合材料零件。因此，增材制造的方法成為直接制造石墨烯-金屬基復(fù)合材料零件的一種很具潛力的方法。

選區(qū)激光熔化(selectivelasermelting，slm)，是金屬增材制造領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)。與傳統(tǒng)的減材制造相反，該技術(shù)利用高能激光逐層選擇性的熔化金屬粉末，逐層堆積成行金屬零件，具有生產(chǎn)周期短、可生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療器械及模具制造等領(lǐng)域。目前，slm成型的材料主要有鈦合金、鎳基合金、不銹鋼粉末等。目前，slm方法成型的鋁合金材料主要為al-si系合金，為了制備綜合力學(xué)性能更有的鋁合金材料，本專利通過向alsi10mg中添加石墨烯，從而制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，提高鋁基合金的綜合力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料復(fù)合材料的方法，用于提高alsi10mg鋁合金的綜合力學(xué)性能。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

步驟1、按照重量份數(shù)分別稱量alsi10mg粉末和少層石墨烯，其中石墨烯的重量分?jǐn)?shù)為1%~5%；

步驟2、將少層石墨烯混合于無水乙醇中，放置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，超聲混合，超聲功率為150~300w，超聲時(shí)間為2~5h，得到石墨烯分散液，其中無水乙醇和石墨烯的比例為：15:1；

步驟3、將alsi10mg粉末混合于無水乙醇中，采用機(jī)械攪拌的方式，得到alsi10mg溶液；

步驟4、將上述制備的石墨烯分散液和alsi10mg溶液置于球磨罐中并鎖緊球磨罐，球料比為10:1；

步驟5、將球磨罐放入低溫行星球磨機(jī)中，進(jìn)行濕磨混粉，混粉過程中，低溫行星球磨機(jī)自帶的空冷裝置，對球磨罐進(jìn)行降溫，防止球磨罐溫度過高，其中混粉的時(shí)間為0.5~1.5h，轉(zhuǎn)速為150~250r/min；

步驟6、將球磨罐取出，將得到的混合溶液過濾，放入離心機(jī)中離心1h，去除大部分無水乙醇，得到濕潤的混合粉末。

步驟7、然后將混合粉末，放入真空干燥箱中，真空干燥12h，干燥溫度為20~60℃。

步驟8、將干燥后的粉末，再次放入球磨罐中，抽真空并通入高純度氬氣，放入低溫行星球磨機(jī)中球磨混粉2~2.5h，球磨速度為150~250r/min，球磨過程中空冷裝置將球磨罐的溫度控制在10~15℃；其中，空冷裝置型號(hào)為xqm-6。

步驟9、將得到的混合粉末放入真空干燥箱中真空干燥，待用；

步驟10、在選區(qū)激光熔化成形機(jī)器的控制電腦中，將三維模型導(dǎo)入，并且設(shè)置激光熔化成形的參數(shù)，在基板上逐層固化石墨烯-alsi10mg混合粉末，得到選區(qū)激光熔化成形法制備的石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。

本發(fā)明所述的選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的方法，設(shè)備簡單，并且生產(chǎn)工序較少，成本較低，能夠直接成型具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁基復(fù)合材料零件。

本發(fā)明通過所述的選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的方法制備的材料，其硬度可提高1~3倍，抗拉強(qiáng)度可提高60%~200%，抗壓強(qiáng)度提高10%~70%。

附圖說明

圖1是本發(fā)明選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的流程圖；

圖2是本發(fā)明選區(qū)激光熔化成形法的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面是對本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步說明,本發(fā)明的技術(shù)方案不局限于以下所列舉的實(shí)施方式,還包括各具體實(shí)施方式的任意組合。

具體實(shí)施方式一：

一種選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

步驟1、按照重量份數(shù)分別稱量alsi10mg粉末和少層石墨烯，其中石墨烯的重量分?jǐn)?shù)為1%；

步驟2、將少層石墨烯混合于無水乙醇中，放置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，超聲混合，超聲功率為150w，超聲時(shí)間為2h，得到石墨烯分散液，其中無水乙醇和石墨烯的比例為：15:1；

步驟3、將alsi10mg粉末混合于無水乙醇中，采用機(jī)械攪拌的方式攪拌2h，得到alsi10mg溶液；

步驟4、將上述制備的石墨烯分散液和alsi10mg溶液置于球磨罐中并鎖緊球磨罐，球料比為10:1；

步驟5、將球磨罐放入低溫行星球磨機(jī)中，進(jìn)行濕磨混分，混分過程中，低溫行星球磨機(jī)自帶的空冷裝置，對球磨罐進(jìn)行降溫，防止球磨罐溫度過高，其中濕磨的混分的時(shí)間為1h，轉(zhuǎn)速為150r/min；

步驟6、將球磨罐取出，將得到的混合溶液過濾，放入離心機(jī)中離心1h，去除大部分無水乙醇，得到濕潤的混合粉末；

步驟7、然后將混合粉末，放入真空干燥箱中，真空干燥12h，干燥溫度為60℃；

步驟8、將干燥后的粉末，再次放入球磨罐中，抽真空并通入高純度氬氣，放入低溫行星球磨機(jī)中球磨混粉2h，球磨速度為150r/s，球磨過程中空冷裝置將球磨罐的溫度控制在10℃，其中，空冷裝置型號(hào)為xqm-6；

步驟9、將得到的混合粉末放入真空干燥箱中真空干燥1h，將粉末放入送粉腔；

步驟10、在選區(qū)激光熔化成形機(jī)器的控制電腦中，將三維模型導(dǎo)入，并且設(shè)置激光熔化成形的參數(shù)，激光功率180w，掃描速度1200mm/s，加工層厚0.03，掃描間距0.05mm，掃描方式為傾斜交叉67°，在基板上逐層固化石墨烯-alsi10mg混合粉末，得到選區(qū)激光熔化成形法制備的石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。

本實(shí)施方式所述的選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的方法，最終獲得的硬度提高1倍，抗拉強(qiáng)度提高80%，抗壓強(qiáng)度提高10%。

具體實(shí)施方式二：

一種選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

步驟1、按照重量份數(shù)分別稱量alsi10mg粉末和少層石墨烯，其中石墨烯的重量分?jǐn)?shù)為3%；

步驟2、將少層石墨烯混合于無水乙醇中，放置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，超聲混合，超聲功率為200w，超聲時(shí)間為4h，得到石墨烯分散液，其中無水乙醇和石墨烯的比例為：15:1；

步驟3、將alsi10mg粉末混合于無水乙醇中，采用機(jī)械攪拌的方式攪拌2h，得到alsi10mg溶液；

步驟4、將上述制備的石墨烯分散液和alsi10mg溶液置于球磨罐中并鎖緊球磨罐，球料比為10:1；

步驟5、將球磨罐放入低溫行星球磨機(jī)中，進(jìn)行濕磨混分，混分過程中，低溫行星球磨機(jī)自帶的空冷裝置，對球磨罐進(jìn)行降溫，防止球磨罐溫度過高，其中濕磨的混分的時(shí)間為1.5h，轉(zhuǎn)速為200r/min；

步驟6、將球磨罐取出，將得到的混合溶液過濾，放入離心機(jī)中離心1h，去除大部分無水乙醇，得到濕潤的混合粉末；

步驟7、然后將混合粉末，放入真空干燥箱中，真空干燥12h，干燥溫度為60℃；

步驟8、將干燥后的粉末，再次放入球磨罐中，抽真空并通入高純度氬氣，放入低溫行星球磨機(jī)中球磨混粉2.5h，球磨速度為200r/s，球磨過程中空冷裝置將球磨罐的溫度控制在10℃，其中，空冷裝置型號(hào)為xqm-6；

步驟9、將得到的混合粉末放入真空干燥箱中真空干燥1h，將粉末放入送粉腔；

步驟10、在選區(qū)激光熔化成形機(jī)器的控制電腦中，將三維模型導(dǎo)入，并且設(shè)置激光熔化成形的參數(shù)，激光功率180w，掃描速度1200mm/s，加工層厚0.03，掃描間距0.05mm，掃描方式為傾斜交叉67°，在基板上逐層固化石墨烯-alsi10mg混合粉末，得到選區(qū)激光熔化成形法制備的石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。

本實(shí)施方式所述的選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的方法，最終獲得的硬度提高2倍，抗拉強(qiáng)度提高200%，抗壓強(qiáng)度提高20%。

具體實(shí)施方式三：

一種選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

步驟1、按照重量份數(shù)分別稱量alsi10mg粉末和少層石墨烯，其中石墨烯的重量分?jǐn)?shù)為5%；

步驟2、將少層石墨烯混合于無水乙醇中，放置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，超聲混合，超聲功率為300w，超聲時(shí)間為5h，得到石墨烯分散液，其中無水乙醇和石墨烯的比例為：15:1；

步驟3、將alsi10mg粉末混合于無水乙醇中，采用機(jī)械攪拌的方式攪拌2h，得到alsi10mg溶液；

步驟4、將上述制備的石墨烯分散液和alsi10mg溶液置于球磨罐中并鎖緊球磨罐，球料比為10:1；

步驟5、將球磨罐放入低溫行星球磨機(jī)中，進(jìn)行濕磨混分，混分過程中，低溫行星球磨機(jī)自帶的空冷裝置，對球磨罐進(jìn)行降溫，防止球磨罐溫度過高，其中濕磨的混分的時(shí)間為1h，轉(zhuǎn)速為250r/min；

步驟6、將球磨罐取出，將得到的混合溶液過濾，放入離心機(jī)中離心1h，去除大部分無水乙醇，得到濕潤的混合粉末；

步驟7、然后將混合粉末，放入真空干燥箱中，真空干燥12h，干燥溫度為60℃；

步驟8、將干燥后的粉末，再次放入球磨罐中，抽真空并通入高純度氬氣，放入低溫行星球磨機(jī)中球磨混粉2.5h，球磨速度為250r/s，球磨過程中空冷裝置將球磨罐的溫度控制在10℃，其中，空冷裝置型號(hào)為xqm-6；

步驟9、將得到的混合粉末放入真空干燥箱中真空干燥1h，將粉末放入送粉腔；

步驟10、在選區(qū)激光熔化成形機(jī)器的控制電腦中，將三維模型導(dǎo)入，并且設(shè)置激光熔化成形的參數(shù)，激光功率180w，掃描速度1200mm/s，加工層厚0.03，掃描間距0.05mm，掃描方式為傾斜交叉67°，在基板上逐層固化石墨烯-alsi10mg混合粉末，得到選區(qū)激光熔化成形法制備的石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。

本實(shí)施方式所述的選區(qū)激光熔化成形法制備石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的方法，最終獲得的硬度提高1倍，抗拉強(qiáng)度提高60%，抗壓強(qiáng)度提高70%。