CN110760720B - 一种碳纳米增强铝基导体材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纳米增强铝基导体材料及制备方法，氧化石墨烯表面化学生长纳米二氧化硅，高温烧结过程中制备还原氧化石墨烯@二氧化硅碳纳米粉体，采用惰性气体将混合粉末吹入熔体中，搅拌、净化、铸造。石墨烯表面生长二氧化硅纳米质点避免了氧化石墨烯还原过程中团聚反应，降低了石墨烯和铝熔体的润湿角，避免了石墨烯在加入过程中上浮到铝熔体表面及在熔体中发生团聚。石墨烯@二氧化硅增强体具有良好的化学稳定性，和铝锆相共同提升了铝基复合材料的热稳定性。本发明解决了限制导体用铝基复合材料应用过程中的强度和耐热性的不足难题。铸造法生产的铝基复合材料致密度达100%，强度提升25%以上，耐热性提高20‑50℃以上。
Description
技术领域
本发明涉及纳米相增强的铝基复合材料，具体涉及一种铝基复合材料及制备方法。
背景技术
针对西电东输、南北互供长距离输电和线路损耗大等亟需解决的问题，对架空输电导线性能提出了更高的要求，要求低损耗、大容量和坚强性。这就要求输电线路导体材料要兼顾高强度、高导电性和耐热性。具有高导电率的输电导体材料以降低线损，提高输电效率，具有高耐热性的输电导体材料可提高输电线路允许运行温度，提高极限输送量（允许载流量）从而保证输电线路的大容量和坚强性。
2004年英国科学家首次制备出了由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体—石墨烯, 其厚度只有0.3354nm，是目前世界上发现最薄的材料。石墨烯具有特殊的单原子层结构和极其优异的物理性质：与碳纳米管相当的杨氏模量1100GPa和断裂强度125GPa，且热导率约5000 J/(m·K·s)、低热膨胀系数、零载流子浓度极限下的最小量子电导率等特性。低密度、且具有优异力学和热物理性能的石墨烯作为增强相添加到铝合金中，可获得轻质、高强度、高导电、高导热和高热稳定性的复合材料。
目前关于石墨烯增强金属基复合材料的报道不多，材料制备处于初步探索阶段。对于石墨烯增强的金属基复合材料，现有专利1（公开号CN105385871A）通过将表面包裹金属离子前驱物的纳米碳分散到铝粉中，热处理烧结获得混合粉末，采用常规的粉末冶金工艺生产耐热铝基复合材料。现有专利2（公开号CN110331316）公开了一种高强耐热铝基复合材料导体材料及制备方法，采用将石墨烯和铝粉球磨混粉，石墨烯表面获得非晶氧化铝，采用粉末冶金烧结成型法制备复合材料。现有专利3（公开号CN108396168A）将石墨烯和铝粉混合、装罐、进行半固态挤压制备致密度98.5%的复合材料。目前，采用石墨烯铝基复合材料的制备方法主要以粉末冶金为主，也出现了包套挤压和半固态挤压等方法，模具成本较高，生产率低，难以批量和连续工业化生产。现有专利4（CN110295298A）采用水热法合成氧化铝@石墨烯，化学反应过程复杂，氧化铝颗粒尺寸和粒径控制复杂，且容易带入杂质到铝液中降低导电性，不适合制备1系导体材料。本专利针对材料应用过程中存在的问题，进行独有的成分体系设计和工艺设计。
发明内容
本发明目的是解决导体用1系合金由于强度和耐热性不足，提供一种铝基复合材料及制备方法，通过传统的合金化技术提高强度的同时大幅降低导电性的应用瓶颈问题，本发明制备方法工艺简单，成本较低，可设计性强，适合水冷半连续铸造或连铸连轧工艺生产连续大生产。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种碳纳米增强铝基导体材料及制备方法，由以下合金组份的质量百分比组成，石墨烯0.01-0.07%，Zr 0.06-0.5%，Fe≤0.08%，Si≤0.04，其余元素每种≤0.01%，余量为Al。
上述所述的铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）电阻炉升温至400℃时将铝锭加入坩埚中；所述铝锭的纯度大于99.7%；
（2）待铝锭全部熔化后，升温到720℃-740℃条件下加入Al-5Zr中间合金，熔体保温；
（3）采用氩气将还原氧化石墨烯@二氧化硅粉末吹入铝熔体中，吹入同时搅拌，直到混合粉末吹入完成；
（4）采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；
（5）静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，出炉，在720-740℃进行水冷半连续铸造得到铸锭；Al-5%Ti-B加入后形成TiAl3和TiB2，进一步细化晶粒，但添加量不宜太大。
（6）将铸锭进行锯切头和切尾，车削表面氧化皮，再进行挤压变形；
（7）采用高温固溶时效处理，得到铝基复合材料。
优选地，所述的步骤（3）中石墨烯为1-5层石墨烯，粒径为5-20微米。
优选地，所述的步骤（3）中还原氧化石墨烯@二氧化硅的制备方法为：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 醇水比1-10：4-16，KH-550在溶液中含量为0.1vol.%-1.5vol.%，静止水解2-6小时；在溶液中添加氧化石墨烯，使石墨烯浓度为0.2-1.0g/L，再加入二氧化硅粉超声处理60-120min，纳米二氧化硅粉粒径为10nm-50nm，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1200℃-1500℃，时间1-5小时，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体。更优选地，石墨烯@二氧化硅复合粉体中，二氧化硅的质量为0.5-5%。
优选地，所述的步骤（6）中挤压加热温度为400-450℃，保温3-5小时，挤压比20-30：1，挤压速率2.0-5.0mm/min。
优选地，所述的步骤（7）中固溶温度570-610℃，保温时间2-6小时；时效温度250-350℃，保温时间24-72h。
在铝熔体中加入Zr，可与Al反应生成Al3Zr相，Al3Zr相呈现弥散分布的纳米相，阻止位错的滑移和攀沿，且可钉扎晶界和亚晶界，阻碍加热时位错重新排列成亚晶界及随后发展成大角度晶界的过程，从而推迟了再结晶的形核和长大，提高了铝合金基体的再结晶温度，提升耐热性。但Zr的添加量和添加工艺需严格控制，当达到一定的添加量会导致电导率大幅下降。
有益效果
（1）本发明采用普通铝合金熔炼和铸造设备进行生产，借用传统的惰性气体净化设备，将铝石墨烯@二氧化硅混合粉末吹入熔体中，进行半连续铸造或连铸连轧生产大尺寸构件，组织均匀、材料致密、工艺简单和生产效率高，避免了粉末冶金技术尺寸小、模具成本高、材料致密度低的缺点，适合工业化大规模生产。
（2）二氧化硅/铝润湿角小于石墨烯/铝，二氧化硅改性增加了石墨烯与铝间润湿角，且在铝熔体中二氧化硅与铝反应生成氧化铝和硅，反应过程中进一步提高了石墨烯和铝熔体的润湿性，促进了石墨烯在铝熔体中的均匀分散。
（3）铝合金通过合金化路径提高强度，都会导致导电性不同程度降低，因此细晶强化成为1系合金强化的重要手段，与基体有良好润湿性的石墨烯@二氧化硅可作为α-Al非均匀形核的质点，通过细晶强化合金。
（4）二维纳米结构的石墨烯具有超大的比表面积，可以有效阻止裂纹扩展，提高铝合金的强度和塑性。石墨烯高温下化学性质稳定，保证本专利合金具有良好的耐热性，显著提升1系合金强度25%以上，耐热性提高30℃-50℃，且导电率达61％IACS以上。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
合金成分：石墨烯0.07%，Zr 0.30%，Fe 0.008%，Si 0.038%，Ti 0.010%，余量为Al。其中，氧化还原石墨烯@二氧化硅的制备工艺和配比如下：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 乙醇：水为1：14，KH-550在溶液中含量1.5vol.%体积分数，静止水解6小时；在溶液中的石墨烯不大于5层，平均粒径5微米的氧化石墨烯，使石墨烯浓度为1.0g/L，再加入二氧化硅粉超声处理100min，纳米二氧化硅粉粒径为10nm，二氧化硅加入量为石墨烯质量的1.0%，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1500℃，时间2h，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；铝锭的纯度99.85%，待铝锭全部熔化，铝熔体升温到730℃，添加Al-5%Zr中间合金。采用氩气将还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入铝熔体中，采用搅拌工具充分搅拌熔体，直到还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入完成。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，720℃出炉，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为400℃，保温5小时，挤压比25：1，挤压速率3.0mm/min。挤压后型材在固溶温度570℃，保温时间6小时；时效温度300℃，保温时间60小时。
实施例2
合金成分：石墨烯0.01%，Zr 0.1%，Ti 0.010%，Fe 0.071%，Si 0.035，其余元素每种≤0.01%，余量为Al。预先合成氧化还原石墨烯@二氧化硅的制备工艺和配比如下：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 乙醇：水为10：4，KH-550在溶液中含量1.2vol.%，静止水解6小时；在溶液中添加不大于3层，平均粒径20微米的氧化石墨烯，使石墨烯浓度为1.0g/L，再加入二氧化硅超声处理120min，纳米二氧化硅粉粒径为50nm，加入量为石墨烯质量的5%，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1500℃，时间2h，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；待铝锭全部熔化，铝熔体升温到740℃，添加Al-5%Zr中间合金。采用氩气将还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入铝熔体中，采用搅拌工具充分搅拌熔体，直到还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入完成。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，720℃出炉，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为400℃，保温3小时，挤压比25：1，挤压速率2.0mm/min。挤压后型材在固溶温度610℃，保温时间4小时；时效温度350℃，保温时间24h。
实施例3
合金成分：石墨烯0.05%，Zr 0.15%，Ti 0.010%，Fe 0.069%，Si 0.034，其余元素每种≤0.01%，余量为Al。预先合成氧化还原石墨烯@二氧化硅的制备工艺和配比如下：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 乙醇：水为3：9，KH-550在溶液中含量1.0vol.%体积分数，静止水解4小时；在溶液中添加不大于3层，平均粒径15微米的氧化石墨烯，使石墨烯浓度为0.8g/L，再加入二氧化硅粉超声处理60min，纳米二氧化硅粉粒径为10nm，加入量为石墨烯质量的5%，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1200℃，时间4h，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将99.86%铝锭采用吊车电阻炉中；待铝锭全部熔化，铝熔体升温到730℃，添加Al-5%Zr中间合金。采用氩气将还原氧化石墨烯@二氧化硅吹入铝熔体中，采用搅拌工具充分搅拌熔体，直到还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入完成。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，720℃出炉，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为450℃，保温4小时，挤压比30：1，挤压速率2.0mm/min。挤压后型材在固溶温度600℃，保温时间5小时；时效温度350℃，保温时间60h。
实施例4
合金成分：石墨烯0.07%，Zr 0.2%，Fe 0.071%，Si 0.034%，Ti 0.010%，余量为Al。其中，氧化还原石墨烯@二氧化硅的制备工艺和配比如下：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 乙醇：水为2：14，KH-550在溶液中含量1.2vol.%体积分数，静止水解5小时；在溶液中添加不大于3层，平均粒径1微米的氧化石墨烯，使石墨烯浓度为1.0g/L，再加入二氧化硅超声处理60min，纳米二氧化硅粉粒径为25nm，加入量为石墨烯质量的0.5%，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1350℃，时间3h，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；铝锭纯度99.85%，待铝锭全部熔化，铝熔体升温到730℃，添加Al-5%Zr中间合金。采用氩气将还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入铝熔体中，采用搅拌工具充分搅拌熔体，直到还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入完成。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，720℃出炉，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为420℃，保温3小时，挤压比20：1，挤压速率2.0mm/min。挤压后型材在固溶温度580℃，保温时间5小时；时效温度350℃，保温时间50小时。
实施例5
合金成分：石墨烯0.02%，Zr 0.2%，Fe 0.075%，Si 0.039%，Ti 0.010%，余量为Al。其中，氧化还原石墨烯@二氧化硅的制备工艺和配比如下：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 乙醇：水为2：12，KH-550在溶液中含量1.0vol.%体积分数，静止水解5小时；在溶液中添加不大于3层，平均粒径10微米的氧化石墨烯，使石墨烯浓度为3.0g/L，再加入二氧化硅粉超声处理60min，其中纳米二氧化硅粉粒径为10nm，加入量为石墨烯质量的2%，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1000℃，时间6h，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；铝锭的纯度99.84%，待铝锭全部熔化，铝熔体升温到730℃，添加Al-5%Zr中间合金。采用氩气将还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入铝熔体中，采用搅拌工具充分搅拌熔体，直到还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入完成。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，720℃出炉，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为450℃，保温4小时，挤压比25：1，挤压速率4.0mm/min。挤压后型材在固溶温度580℃，保温时间6小时；时效温度330℃，保温时间48小时。
实施例6
合金成分：石墨烯0.07%，Zr 0.1%，Fe 0.073%，Si 0.032%，Ti 0.010%，余量为Al。其中，氧化还原石墨烯@二氧化硅的制备工艺和配比如下：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 乙醇：水为1：16，KH-550在溶液中含量1.4vol.%体积分数，静止水解5小时；在溶液中添加不大于5层，平均粒径15微米的氧化石墨烯，使石墨烯浓度为1.0g/L，再加入二氧化硅粉超声处理80min，其中纳米二氧化硅粉粒径为10nm，加入量为石墨烯质量的1.5%，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1000℃，时间6h，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；铝锭的纯度99.86%，待铝锭全部熔化，铝熔体升温到740℃，添加Al-5%Zr中间合金。采用氩气将还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入铝熔体中，采用搅拌工具充分搅拌熔体，直到还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入完成。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，725℃出炉，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为420℃，保温4小时，挤压比25：1，挤压速率4.0mm/min。挤压后型材在固溶温度580℃，保温时间5小时；时效温度350℃，保温时间48小时。
对比例1（不加还原氧化石墨烯@二氧化硅和锆）
合金成分： Fe 0.078%，Si 0.038，其余元素每种≤0.01%，余量为Al。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；待铝锭全部熔化，铝熔体升温到740℃，采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后按钛含量0.010%加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，720℃出炉铸造，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为400℃，保温5小时，挤压比25：1，挤压速率4.0mm/min。挤压后型材在固溶温度580℃，保温时间6小时；时效温度250℃，保温时间48小时。
对比例2（石墨烯不改性，石墨烯上浮，添加失败，材料性能下降）
合金成分：石墨烯0.07%，Zr 0.2%，Fe 0.074%，Si 0.037%，Ti 0.010%，余量为Al。开炉，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；待铝锭全部熔化，铝熔体升温到730℃，添加Al-5%Zr中间合金。采用氩气将还原氧化石墨烯吹入铝熔体中，采用搅拌工具充分搅拌熔体，直到还原氧化石墨烯吹入完成，发现石墨烯浮到熔体表面，添加失败。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，750℃出炉，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为400℃，保温5小时，挤压比25：1，挤压速率4.0mm/min。挤压后型材在固溶温度580℃，保温时间6小时；时效温度250℃，保温时间48小时。
对比例3（不加还原氧化石墨烯@二氧化硅）
合金成分：Zr 0.3%，Fe 0.072%，Si 0.035，其余元素每种≤0.01%，余量为Al。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；待铝锭全部熔化，铝熔体升温到730℃，添加Al-5%Zr中间合金。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后按钛含量0.010%加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，720℃出炉铸造，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为400℃，保温5小时，挤压比30：1，挤压速率4.0mm/min。挤压后型材在固溶温度600℃，保温时间4小时；时效温度300℃，保温时间48小时。
对比例4（不加锆元素）
合金成分：石墨烯0.07%，Fe 0.067%，Si 0.032%，Ti 0.010%，余量为Al。其中，氧化还原石墨烯@二氧化硅的制备工艺和配比如下：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 乙醇：水为0.5：14，KH-550在溶液中含量1.2vol.%体积分数，静止水解2小时；在溶液中添加不大于5层，平均粒径10微米的氧化石墨烯，使石墨烯浓度为2.0g/L，再加入二氧化硅粉超声处理60min，纳米二氧化硅粉粒径为40nm，二氧化硅加入量为石墨烯质量的2%，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1000℃，时间6h，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；待铝锭全部熔化，铝熔体升温到730℃，采用氩气将还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入铝熔体中，采用搅拌工具充分搅拌熔体，直到还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入完成。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后按钛含量0.012%加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，720℃出炉铸造，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为400℃，保温5小时，挤压比30：1，挤压速率4.0mm/min。挤压后型材在固溶温度600℃，保温时间4小时；时效温度300℃，保温时间48小时。
对比例5 （降低固溶温度和时效温度）
合金成分：石墨烯0.07%，Zr 0.3%，Fe 0.067%，Si 0.032%，Ti 0.010%，余量为Al。其中，氧化还原石墨烯@二氧化硅的制备工艺和配比如下：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 乙醇：水为0.5：14，KH-550在溶液中含量1.2vol.%体积分数，静止水解2小时；在溶液中添加不大于3层，平均粒径20微米的氧化石墨烯，使石墨烯浓度为3.0g/L，再加入二氧化硅粉超声处理60min，纳米二氧化硅粉粒径为30nm，二氧化硅加入量为石墨烯质量的2%，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1000℃，时间6h，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体。开炉前清炉，如之前生产除1系外合金，需安排洗炉达到控制杂质元素含量的目的，当电阻炉升温至400℃时将铝锭采用吊车电阻炉中；待铝锭全部熔化，铝熔体升温到730℃，添加Al-5%Zr中间合金。采用氩气将还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入铝熔体中，采用搅拌工具充分搅拌熔体，直到还原氧化石墨烯@二氧化硅粉吹入完成。采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.0%；静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，720℃出炉，进行水冷半连续铸造铸锭。将铸锭成品吊出结晶器，进行车削加工切头和切尾，且车削表面氧化皮，再进行挤压变形；挤压加热温度为300℃，保温5小时，挤压比15：1，挤压速率4.0mm/min。挤压后型材在固溶温度400℃，保温时间6小时；时效温度180℃，保温时间60小时。
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 (4)
1.一种碳纳米增强铝基导体材料的制备方法，其特征在于，由以下合金组份的质量百分比组成，石墨烯0.01-0.07%，Zr 0.1-0.6%，Fe≤0.08%，Si≤0.04，其余元素每种≤0.01%，余量为Al；包括以下步骤：
（1）电阻炉升温至400℃时将铝锭装入电阻炉中；
（2）待铝锭全部熔化后，升温到710℃-730℃条件下加入Al-5Zr中间合金，熔体保温；
（3）采用氩气将石墨烯@二氧化硅粉末吹入铝熔体中，吹入同时搅拌，直到混合粉末吹入完成；石墨烯@二氧化硅粉末的制备方法为：制备KH-550硅烷偶联剂溶液, 醇水比1-10：4-16，KH-550在溶液中含量为0.1vol.%-1.5vol.%，静止水解2-6小时；在溶液中添加氧化石墨烯，使石墨烯浓度为0.2-1.0g/L，再加入二氧化硅粉超声处理60-120min，纳米二氧化硅粉粒径为10nm-50nm，溶液真空冷冻干燥处理后，进行氧化石墨烯还原烧结，烧结温度1200℃-1500℃，时间1-5小时，获得还原氧化石墨烯@二氧化硅复合粉体；
（4）采用氩气吹入Pyrotek公司生产6AB型精炼剂，精炼剂加入质量为铝熔体质量的1.2%；
（5）静止保温5min后加入Al-5%Ti-B丝，进行扒渣处理，出炉，进行水冷半连续铸造得到铸锭；
（6）将铸锭进行切头和切尾，车削表面氧化皮，再进行挤压变形；
（7）采用高温固溶时效处理，得到铝基复合材料；所述固溶温度为570-610℃，保温时间为2-6小时；时效温度为250-350℃，保温时间为24-72h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中石墨烯为1-5层石墨烯，粒径为5-20微米。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，石墨烯@二氧化硅复合粉体中，二氧化硅的质量为0.5-5%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤（6）中挤压加热温度为400-450℃，保温3-5小时，挤压比20-30：1，挤压速率2.0-5.0mm/min。
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