行星式球磨机磨铝粉

目前，随着高新技术在高新技术领域的发展，对高性能材料的需求越来越迫切。在航空航天、国防等领域，金属基复合材料（MMC）已成为人们青睐的对象，有时甚至是不可替代的。大多数MMC的力学性能取决于它们的增强填料。MMCs的最新增强体包括氮化物陶瓷(TiN，BN)、氧化物陶瓷(Al2O3，SiO2)、碳化物(TiC，WC)和不同的碳同素异形体。然而，由于石墨烯具有优异的力学性能，作为MMCs填料，近年来备受关注。石墨烯增强金属基复合材料的大量研究已经表明，石墨烯确实改善了复合材料的机械性能、热性能和电性能。

在众多的金属材料中，铝和铝合金由于其重量轻，在许多新兴工业领域（如航空和航天领域）占有重要地位。同时，作为工业4.0的一个主要促成因素，金属三维(3D)印刷，例如粉末基添加剂制造(AM)技术，包括选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化(SLM)，正在进行广泛的探索[18，19]。在这方面，研究金属3D印刷在制备铝基复合材料大块零件中的有效性是非常理想的。

胡增荣等人采用不同石墨烯重量比的球磨法制备了石墨烯与铝粉的混合物，并利用选择性激光熔炼法制备了块状Gr-Al复合材料。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、能量色散谱仪（EDS）和拉曼光谱对纳米复合材料的微观结构和组成进行了表征。表面和截面图像、XRD图案和拉曼光谱不仅证实了石墨烯在Gr-Al复合材料中的存活，而且证实了石墨烯在复合材料中的分布。高分辨率TEM（HRTEM）图像进一步揭示了铝、石墨烯和碳化铝的共存。维氏硬度和纳米压痕试验表明，复合材料的硬度大大提高。与纯铝比较，最佳复合试样的维氏硬度达到75.3%。综合实验结果表明，他们采用激光3D打印的方式制备出了石墨烯-铝纳米复合材料。行星式球磨机磨铝粉

激光3D打印石墨烯铝工艺示意图

激光3D打印Gr-Al复合材料样品

他们团队是首先进行球磨，然后通过SLM处理进行3D印刷的。采用行星式球磨机（速度200R~2min，2h，不锈钢球）将Al粉和石墨烯片混合在一起，然后在一定的激光功率下进行激光烧结。

从这些SEM图像观察，不同石墨烯重量比的纯铝和Gr-Al的表面形貌相似，整个样品表面具有相当平坦的形貌，没有连续的孔面积。这表明激光3D印刷工艺对制备高质量复合材料是有效的。然而，随着石墨烯重量比的增加，Gr-Al样品表面呈现出稍微不同的形貌，即粗糙的位置和颗粒状区域。这可归因于混合石墨烯片将倾向于将基体材料连接在一起，以及随着其重量比的增加，它们自身聚集在一起。

激光3D打印复合材料的表面形貌SEM图像

随着石墨烯含量的增加，样品的平均硬度值增加，样品的一系列机械性能得以显著提升，但是过高的石墨烯含量反而会降低复合材料性能的提升。

3D打印（添加剂制造）被认为是制造业的革命，尤其是激光或其他基于高功率光束的金属3D打印技术。胡增荣团队为我们提供了一个极大的可能性，采用激光3D打印技术可实现复合材料的性能的进一步提升，相信也助力在其他领域的应用，实现材料的突破。

参考文献：

[1] Hu Z, Chen F, Xu J, et al. 3D printinggraphene-aluminum nanocomposites[J]. Journal of Alloys & Compounds, 2018,746.