一种用于选区激光熔化成形的石墨烯表面镀钴增强钴基合金复合粉末的制备方法与流程

1.本发明涉及金属基复合材料技术领域，特别涉及一种用于选区激光熔化成形的石墨烯表面镀钴增强钴基合金复合粉末的制备方法。


背景技术：

2.近年来，钴铬合金因其优良的耐磨性、耐腐蚀性和良好的生物相容性被广泛应用于医疗领域的外科植入体、牙科材料、关节假肢等。性能单一的钴铬合金材料已经不能满足高新技术领域对更高性能材料的要求，因此更高综合性能的钴基复合材料的制备和应用尤为重要。
3.石墨烯具有优异的导电性和力学性能，由于其独特的二维层状结构，所以拥有较大的比表面积，可以与基体材料更好的结合从而提高结合强度。作为增强体将石墨烯添加到钴合金中，可以有效改善钴合金的综合性能，得到具有钴合金和石墨烯双重性能的材料，但是石墨烯与基体润湿性差、易团聚，且比表面积大，使得其在钴合金基体中分散性差，与基体结合不紧密，怎样改善石墨烯与基体的界面结合强度，提高石墨烯的分散性和润湿性，成为了成功制备性能优异的石墨烯增强复合材料的关键科学问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于选区激光熔化成形的石墨烯表面镀钴增强钴基合金复合粉末的制备方法，该方法通过高效简便的水热还原法将钴金属均匀负载到石墨烯的表面和层间表面以改善与基体的界面结合情况，提高石墨烯的分散性和润湿性，制备性能优异的石墨烯增强复合材料。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于选区激光熔化成形的石墨烯表面镀钴增强钴基合金复合粉末的制备方法，包括以下步骤：（1）称取0.1
‑
0.2g石墨烯溶于30
‑
60ml乙二醇溶液中，超声分散；然后，称取0.5
‑
1.0g cocl2·
6h2o加入上述混合溶液中，搅拌均匀，加入碱性物质，调节溶液ph值至9
‑
10，获得石墨烯溶液；（2）制备体积分数为5%
‑
20%的水合联氨水溶液；（3）将石墨烯溶液加热，当温度上升至80
‑
90℃后，以每秒2
‑
3滴的速度逐滴添加水合联氨溶液；（4）滴加完毕后，继续反应2
‑
3h，反应结束后静置沉淀，倒掉上层清液，用无水乙醇洗涤至中性，过滤、干燥，获得镀钴石墨烯粉末；（5）将镀钴石墨烯粉末与钴基合金粉按重量比0.5
‑
1: 99
‑
99.5装入球磨罐中，设定球磨速度和球磨时间，进行真空球磨混合，球磨结束后，即得镀钴石墨烯/钴基复合粉末。
6.进一步，所述镀钴石墨烯/钴基复合粉末通过选区激光熔化成形打印出镀钴石墨
烯/钴基复合材料的样品，然后对试样表面经打磨抛光，侵蚀处理后清洗干净，用金相显微镜观察侵蚀处的外表面。
7.进一步， 所述步骤（1）中碱性物质为体积分数为3
‑
6%的氨水或质量分数为1
‑
2%的氢氧化钠溶液。
8.进一步，所述步骤（4）中干燥温度为70
‑
80℃，干燥时间为8
‑
12h。
9.进一步，所述步骤（5）中钴基合金粉为钴铬钼合金粉或钴铬钨合金粉。
10.进一步，所述步骤（5）中真空球磨罐中的球料比为10:1，真空球磨罐的转速为200r/min，球磨时间为5h。
11.进一步，所述选区激光熔化成形的激光功率为120
‑
230w，扫描速度为869
‑
1069mm/s。
12.进一步，所述打磨抛光、侵蚀处理的具体步骤为：将所得镀钴石墨烯/钴基复合材料试样纵截面经120#~3000#型号的水磨砂纸打磨后，用金相抛光剂抛光至表面无划痕，然后使用配置好的金相腐蚀剂王水浸蚀试样抛光面，将试样抛光面放入腐蚀液中处理时间在10~30秒。
13.进一步，所述金相腐蚀剂王水为9ml hcl和3ml hno3的混合溶液。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明将石墨烯作为增强体添加到钴合金中，有效改善了钴合金的综合性能，得到具有钴合金和石墨烯双重性能的材料。
15.2、本发明通过高效简便的水热还原法将钴金属均匀负载到石墨烯的表面和层间表面以改善与基体的界面结合情况，提高石墨烯的分散性和润湿性，制备性能优异的石墨烯增强复合材料。
16.3、本发明采用真空球磨法对镀钴石墨烯和钴铬合金粉进行混合，使石墨烯在铝合金粉中均匀分布，同时避免石墨烯的氧化，可制备石墨烯分布均匀的钴基复合粉末。制成的石墨烯钴基复合粉末具有分布均匀、球形度好、粒径小的特点，能很好的应用于选区激光熔化石墨烯/钴基复合材料的制备。
附图说明
17.图1为水热法合成镀钴石墨烯的扫描电镜照片；图2为水热法合成镀钴石墨烯的透射电子显微镜照片；图3为真空球磨制备的镀钴石墨烯/钴基复合粉末的扫描电镜照片；图4为slm成形镀钴石墨烯/钴基复合材料的金相照片。
具体实施方式
18.下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。
19.实施例1本实施例提供水热法合成镀钴石墨烯的过程：（1）称取0.1g石墨烯溶于40ml乙二醇（（ch2oh)2）溶液中，超声分散；然后，称取0.5g六水合氯化钴（cocl2·
6h2o）加入上述混合溶液中，搅拌均匀，加入10滴氨水（nh3·
h2o），调节溶液ph值至9
‑
10，获得石墨烯溶液；
（2）量取1ml水合联氨（n2h4·
h2o），加9ml去离子水稀释，获得体积分数为10%的水合联氨溶液；（3）将石墨烯溶液加热，当温度上升至85℃后，以每秒2
‑
3滴的速度逐滴缓慢加入稀释后的还原剂水合联氨n2h4·
h2o溶液（体积分数为10%的水合联氨溶液）；利用水合联氨的还原性在石墨烯表面和层间还原出钴金属粒子，涉及的反应方程式为：2co
2
n2h4 4oh
‑
=2co
↓
n2↑
4h2o（4）滴加完毕后，继续反应2h，反应结束后静置沉淀30min，倒掉上层清液，用无水乙醇洗涤过滤至溶液ph=7，过滤后将其放入真空干燥箱中76℃下烘干，干燥10h后获得镀钴石墨烯粉末；本实施例制备的镀钴石墨烯的sem和tem如图1和2所示，由图1和图2可以看出有钴铬合金颗粒具有较高的球形度，石墨烯均匀的附着在钴铬合金颗粒表面。
20.本实施例提供镀钴石墨烯/钴基复合粉末的制备方法具体为：将镀钴石墨烯与钴铬钼（cocrmo）合金粉按重量比0.5: 99.5装入球磨罐中，设定球磨速度200r/min和球磨时间5h，球料比为10:1，启动球磨机进行真空球磨混合，真空度达10
‑
1 pa；球磨结束后，即得镀钴石墨烯/钴基复合材料。真空球磨制备的镀钴石墨烯/钴基复合材料的扫描电镜照片如图3所示，由图3可以看出白色的是具有二维层状结构的石墨烯。
21.本实施例提供选区激光熔化成形（slm）镀钴石墨烯/钴基复合材料的方法，具体是：通过选区激光熔化成形采用激光功率180w，扫描速度969mm/s打印出镀钴石墨烯/钴基复合材料的样品，然后将所得镀钴石墨烯/钴基复合材料试样纵截面经不同型号（120#~3000#）的水磨砂纸进行打磨后，用金相抛光剂抛光至表面无划痕，然后使用配置好的金相腐蚀剂（9ml hcl 3ml hno3）浸蚀试样抛光面，将试样抛光面放入腐蚀液中处理20秒取出用酒精清洗表面并烘干。进行组织形貌观察，如图4所示。由图4可以看出slm成形的石墨烯/钴基复合材料层间界面冶金结合好，镀钴石墨烯的熔池中晶粒丰富多样，石墨烯分布均匀。
22.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。