本發明是一種石墨烯增強蒙乃爾合金的制備方法，屬于復合金屬材料的制備技術領域。
背景技術：
石墨烯是一種新型二維納米材料，其納米片是由sp2雜化碳原子組成的單原子層厚度的二維材料，是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，強度高下達1.01Tpa，是結構鋼的100倍，密度卻是結構鋼的1/5。導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下電子遷移率超過200000cm2/V·S，高于納米碳管或硅晶體，電阻率只約1Ω·m，比鋁或銀更低，為世上電阻率最小的材料。另外，石墨烯化學性質穩定，對氣體分子為不可滲透膜，是理想的防腐材料。
石墨烯屬于納米級材料，具有表面活性，易與其他材料粒子結合。納米粒子最主要的應用是作為其他非納米材料改性時的填充材料，但很多的納米粒子制取和保存都相對困難，石墨烯比較便于大規模制取和保存，因此可以用作其他材料改性時的填充材料。由于石墨烯的韌性和強度及表面活性，當作為填充材料時，可使石墨烯成為其他基礎材料晶粒之間的隱性焊接材料，在晶粒界面形成鏈橋效應。基礎材料晶粒間通過石墨烯表面活性作用，形成晶粒界面呈現無縫隙連接的形態。基礎材料中的晶粒界面形成無縫隙連接后，在外力作用時，其晶界滑移現象減少，抗應力能力增加，從而使得被填充的基礎材料的強度隨著抗應力能力的提高而增強。另外，石墨烯還可以有效包覆基體材料，隔絕或者減少基體與腐蝕介質的接觸從而顯著降低基體的腐蝕速率。
蒙乃爾合金是以鎳為基體的鎳銅合金，其主要成分為約70wt.％的鎳和30wt.％的銅，除此外還有少量鐵、錳、鋁等強化元素。該合金具有優良的耐腐蝕性、耐磨性；高的強度、硬度及良好的加工性能，因此特別適用于要求高強度、耐高壓及承受腐蝕介質作用的場合，是應用十分廣泛的一類耐蝕材料，廣泛應用于航空、航海、煉油、化工、冶金、電器、造紙、食品機械、醫療設備中，如動力工廠的無縫輸水管、蒸汽管，海水交換器和蒸發器，硫酸、濃堿管道，化學反應釜、海水環境服役泵軸、螺旋槳等。
隨著現代工業的迅速發展，對蒙乃爾合金產品的性能要求越來越高，如各類泵、軸、蒙乃爾合金螺旋槳、高溫高壓反應釜等都對蒙乃爾合金材料本身的強度提出了新的要求。例如，現階段石油開采的難度較之以往更大，各類機械裝置工作工況越來惡虐，潛油電泵工作過程中的各類蒙乃爾合金軸使用壽命越來越短，目前，傳統工藝方法已很難提高蒙乃爾合金基體的強度，在這一背景條件下，使用密度小強度大的石墨烯作為增強材料，在提高蒙乃爾合金基體強度的同時還能降低材料的密度。另外，石墨烯還可以有效包覆基體材料，隔絕或者減少基體與腐蝕介質的接觸，進一步提高蒙乃爾合金的抗腐蝕能力。
技術實現要素：
本發明正是針對上述現有技術狀況而設計提供了一種石墨烯增強蒙乃爾合金的制備方法，其目的是為了提高蒙乃爾合金的機械強度并進一步提高其耐蝕性能。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：
該種石墨烯增強蒙乃爾合金的制備方法的步驟如下：
步驟一、利用超聲分散儀制備石墨烯或氧化石墨烯單分散溶液，該溶液的溶劑為質量百分比濃度為20％～100％的乙醇、NMP、聚乙二醇或PVP，溶劑的重量為石墨烯或氧化石墨烯的19～191倍；
步驟二、在石墨烯或氧化石墨烯單分散溶液中加入蒙乃爾合金粉體，蒙乃爾合金粉體的加入量占蒙乃爾合金粉體和石墨烯或氧化石墨烯總重量的95％～99.9％；
步驟三、將加入蒙乃爾合金粉體的石墨烯或氧化石墨烯單分散溶液放入球磨罐中球磨5～50h，得到混合溶液；
步驟四、將步驟三得到的混合溶液在50～60℃下攪拌烘干，得到石墨烯或氧化石墨烯和蒙乃爾合金混合粉體；
步驟五、將石墨烯或氧化石墨烯和蒙乃爾合金混合粉體冷壓成冷壓塊；
步驟六、將冷壓塊置于馬弗爐中在氬氣保護下進行燒結，燒結溫度為1100～1280℃，保溫時間2～4h，氧化石墨烯被熱還原為石墨烯,得到石墨烯增強蒙乃爾合金塊；
步驟七、將燒結成型后的石墨烯增強蒙乃爾合金塊加熱至900～1150℃并保溫，再用噸位200～500t的熱鍛機進行熱鍛，使塑性變形量達到10～80％，得到石墨烯增強蒙乃爾合金板；
步驟八、將石墨烯增強蒙乃爾合金板加熱至250～500℃并保溫2-5h，進行去應力退火。
蒙乃爾合金粉體的粒徑為5～100μm。
球磨的球料比為10:1～15:1，轉速為300r/min，球磨機的磨球為高碳鉻軸承鋼質材料制成，磨球為三種不同尺寸磨球混合級配而成，三種磨球直徑分別為8毫米、5毫米、3毫米，質量比為1：2：2。
步驟八中的應力退火溫度為400℃～500℃，保溫時間為2～5h。
本發明技術方案與現有技術相比具有以下的優點和有益效果：
1.本發明方法通過超聲分散和高能球磨的方式，解決了石墨烯容易團聚、不易分散的問題，實現了石墨烯與蒙乃爾合金粉末的均勻混合；
2.本發明方法通過高能球磨的方式，將石墨烯鑲嵌到蒙乃爾合金粉末表面，實現了石墨烯與蒙乃爾合金界面的牢固結合；
3.本發明方法將混合粉體壓坯在氬氣保護條件下于1100-1280℃高溫燒結，有利于實現壓坯的致密燒結，且不被氧化；
4.本發明方法在粉末燒結成型之后在900-1150℃之間保溫，通過熱鍛工藝進一步改善合金的微觀組織，有利于提高合金的機械性能。
具體實施方式
以下將結合實例對本發明技術方案作進一步地詳述：
實施例
采用本發明所述方法制備石墨烯增強蒙乃爾400合金的步驟如下：
步驟一、利用超聲分散儀制備石墨烯單分散溶液，該溶液的溶劑為質量百分比濃度為20％～100％的乙醇、NMP、聚乙二醇或PVP，溶劑的重量為石墨烯的19～191倍；
本實施例中石墨烯稱量為5g，(Hummer’s法制備)，溶劑為石墨烯重量19倍的乙醇，乙醇的質量百分比濃度為80％，超聲工作時間為2h；
步驟二、在石墨烯單分散溶液中加入蒙乃爾合金粉體，蒙乃爾合金粉體的加入量占蒙乃爾合金粉體和石墨烯總重量的95％～99.9％；
本實施例中蒙乃爾合金粉末稱量為1kg(市售monel 400合金粉體，成分符合國標)，蒙乃爾合金粉體的粒徑為20～25μm。
步驟三、將加入蒙乃爾合金粉體的石墨烯單分散溶液放入球磨罐中球磨5～50h，得到混合溶液；
本實施例中球磨的球料比為10:1，轉速為300r/min，球磨時間為10h，球磨機的磨球為高碳鉻軸承鋼質材料制成，磨球為三種不同尺寸磨球混合級配而成，三種磨球直徑分別為8毫米、5毫米、3毫米，質量比為1：2：2；
步驟四、將步驟三得到的混合溶液在50℃下攪拌烘干，得到石墨烯和蒙乃爾合金混合粉體；
步驟五、將石墨烯和蒙乃爾合金混合粉體冷壓成冷壓塊；
步驟六、將冷壓塊置于馬弗爐中在氬氣保護下進行燒結，燒結溫度為1180℃，保溫時間2h，隨爐冷后得到石墨烯增強蒙乃爾合金塊；
步驟七、將燒結成型后的石墨烯增強蒙乃爾合金塊加熱至1150℃并保溫4h，再用噸位200t的熱鍛機進行熱鍛，使塑性變形量達到30％，得到石墨烯增強蒙乃爾合金板；
步驟八、將石墨烯增強蒙乃爾合金板加熱至500℃并保溫2.5h，進行去應力退火。
本實施例制備的石墨烯增強蒙乃爾合金板材的室溫抗拉強度為575Mpa，伸長率為32.7％。與未添加石墨烯的蒙乃爾合金(抗拉強度491MPa，伸長率為35％)相比，蒙乃爾合金板材的強度明顯提高，而且增加強度的同時，延伸率并沒有下降，凸顯石墨烯與其他增強相相比具有明顯的優勢。