本发明涉及复合材料领域，具体是一种石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法。
背景技术：
铝基复合材料由于具有轻质高强、高刚度、低热膨胀系数等优点，在航空、航天、武器装备等领域具有广阔的应用前景。传统的铝基复合材料是将增强颗粒外加到铝基体中，由于在铝基体中外加颗粒存在着增强颗粒与基体浸润性差，界面反应难以控制，增强颗粒分布不均匀等缺陷，影响了铝基复合材料的性能。同时采用外加颗粒的制备工艺复杂，成本较高，阻碍了铝基复合材料的推广应用。混杂增强可以改善单一增强体的不足，使各种增强材料不同性质的相互补充，产生混杂效应，进一步提高材料的性能。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为:1376805，公开日为:2002.10.30，发明名称为一种高强度原位铝基复合材料，该复合材料是一种原位自生A12O3，TiB2颗粒混杂增强铝基复合材料。该复合材料由于反应粉末的微区不均匀分布而造成生成产物中存在脆性相TiAl3，影响了复合材料的性能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种石墨烯增强铝基复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种石墨烯增强铝基复合材料，其质量组成为：Fe1.2～1.6％，Ti 0.2～0.3％，SiC0.8～1.0％，Co 0.1～0.2％，Zr 0.1～0.2％，Mg 20～40％，NiCr 3～4％，石墨烯2～3％，Al余量。
一种所述的石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)选取直径8～10mm的石墨烯剪成2～3mm的短石墨烯，然后将短石墨烯在400～450℃的温度以及真空环境下灼烧40～60min，待其冷却至常温后置于体积浓度为25％的稀硝酸溶液中煮沸10～15min，过滤出的短石墨烯用蒸馏水冲洗后再置于质量浓度为15％的碳酸氢钠溶液中6～10min，再次过滤出短石墨烯，用蒸馏水浸泡和冲洗4～6次，即可；
(2)将处理后的石墨烯按配比与其他原料进行混合，用球磨机进行研磨，至混合料的粒径为100～160nm之间，得到混合料粉；
(3)将混合料粉在真空度为0.0006～0.001Pa、压强为100～120MPa的条件下烧结，烧结时，以每分钟60～80℃的升温速率将温度升至460～480℃，并保持该温度30～60min完成烧结，烧结完成后自然冷却至室温，即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明复合材料采用NiCr和石墨烯颗粒在基体中弥散分布，起到了强化作用，使基体的强度和模量得到明显提高。本发明复合材料具有良好的力学性能和成形能力，可以广泛应用于要求高强度、高模量的形状复杂零件上，同时在航空航天、国防、工业等领域也有着广泛的应用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
石墨烯增强铝基复合材料，其质量组成为：Fe1.2％，Ti 0.2％，SiC1.0％，Co 0.2％，Zr 0.1％，Mg 20％，NiCr 3％，石墨烯3％，Al余量。
上述复合材料的制备步骤如下：
(1)选取直径8～10mm的石墨烯剪成2～3mm的短石墨烯，然后将短石墨烯在400℃的温度以及真空环境下灼烧60min，待其冷却至常温后置于体积浓度为25％的稀硝酸溶液中煮沸10min，过滤出的短石墨烯用蒸馏水冲洗后再置于质量浓度为15％的碳酸氢钠溶液中6min，再次过滤出短石墨烯，用蒸馏水浸泡和冲洗4次，即可；
(2)将处理后的石墨烯按配比与其他原料进行混合，用球磨机进行研磨，至混合料的粒径为100～160nm之间，得到混合料粉；
(3)将混合料粉在真空度为0.0006Pa、压强为100MPa的条件下烧结，烧结时，以每分钟60℃的升温速率将温度升至460℃，并保持该温度60min完成烧结，烧结完成后自然冷却至室温，即可。
本实施例制备的复合材料的密度为2.60g/cm3，在复合材料中，NiCr和石墨烯的尺寸在100～200nm，颗粒形状主要为六方形或长方体，材料致密均匀，NiCr和石墨烯增强颗粒弥散分布在基体中，NiCr和石墨烯与基体界面干净，结合良好。经过T6处理的复合材料的力学性能：抗拉强度σb＝526MPa，屈服强度σ0.2＝402MPa，断后伸长率δ＝9.2％，弹性模量E＝73GPa。
实施例2
石墨烯增强铝基复合材料，其质量组成为：Fe1.4％，Ti 0.25％，SiC0.9％，Co 0.15％，Zr 0.15％，Mg 30％，NiCr 3.5％，石墨烯2.5％，Al余量。
上述复合材料的制备步骤如下：
(1)选取直径8～10mm的石墨烯剪成2～3mm的短石墨烯，然后将短石墨烯在452℃的温度以及真空环境下灼烧50min，待其冷却至常温后置于体积浓度为25％的稀硝酸溶液中煮沸13min，过滤出的短石墨烯用蒸馏水冲洗后再置于质量浓度为15％的碳酸氢钠溶液中8min，再次过滤出短石墨烯，用蒸馏水浸泡和冲洗5次，即可；
(2)将处理后的石墨烯按配比与其他原料进行混合，用球磨机进行研磨，至混合料的粒径为100～160nm之间，得到混合料粉；
(3)将混合料粉在真空度为0.0008Pa、压强为110MPa的条件下烧结，烧结时，以每分钟70℃的升温速率将温度升至470℃，并保持该温度45min完成烧结，烧结完成后自然冷却至室温，即可。
本实施例制备的复合材料的密度为2.68/cm3，在复合材料中，NiCr和石墨烯的尺寸在100～200nm，颗粒形状主要为六方形或长方体，材料致密均匀，NiCr和石墨烯增强颗粒弥散分布在基体中，NiCr和石墨烯与基体界面干净，结合良好。经过T6处理的复合材料的力学性能：抗拉强度σb＝538MPa，屈服强度σ0.2＝425MPa，断后伸长率δ＝9.8％，弹性模量E＝75GPa。
实施例3
石墨烯增强铝基复合材料，其质量组成为：Fe1.6％，Ti 0.2％，SiC0.8％，Co 0.1％，Zr 0.2％，Mg40％，NiCr 4％，石墨烯23％，Al余量。
上述复合材料的制备步骤如下：
(1)选取直径8～10mm的石墨烯剪成2～3mm的短石墨烯，然后将短石墨烯在450℃的温度以及真空环境下灼烧40min，待其冷却至常温后置于体积浓度为25％的稀硝酸溶液中煮沸15min，过滤出的短石墨烯用蒸馏水冲洗后再置于质量浓度为15％的碳酸氢钠溶液中10min，再次过滤出短石墨烯，用蒸馏水浸泡和冲洗6次，即可；
(2)将处理后的石墨烯按配比与其他原料进行混合，用球磨机进行研磨，至混合料的粒径为100～160nm之间，得到混合料粉；
(3)将混合料粉在真空度为0.001Pa、压强为120MPa的条件下烧结，烧结时，以每分钟80℃的升温速率将温度升至480℃，并保持该温度30min完成烧结，烧结完成后自然冷却至室温，即可。
本实施例制备的复合材料的密度为2.65g/cm3，在复合材料中，NiCr和石墨烯的尺寸在100～200nm，颗粒形状主要为六方形或长方体，材料致密均匀，NiCr和石墨烯增强颗粒弥散分布在基体中，NiCr和石墨烯与基体界面干净，结合良好。经过T6处理的复合材料的力学性能：抗拉强度σb＝534MPa，屈服强度σ0.2＝410MPa，断后伸长率δ＝9.4％，弹性模量E＝74GPa。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。