短碳纖維增強(qiáng)工業(yè)原鋁復(fù)合材料的研究.pdf

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)金屬材料提出了越來越高的要求，促進(jìn)了對(duì)金屬基復(fù)合材料的研究。由于碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有密度小，比強(qiáng)度、比剛度高，耐磨性、導(dǎo)熱性好，高溫強(qiáng)度及高溫下尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，被許多領(lǐng)域特別是航天航空領(lǐng)域所青睞。 針對(duì)現(xiàn)有的采用低壓鑄造法生產(chǎn)的長碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料存在的問題，如鋁熔體與碳纖維潤濕不良，界面結(jié)合強(qiáng)度低，不能軋制成薄板等。本文研究了采用碳纖維表面鍍銅—攪拌鑄造法制備短碳纖維增強(qiáng)工業(yè)原鋁復(fù)合材料技術(shù)

2、及所涉及的理論，為制造飛機(jī)蒙皮所需的短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料提供基礎(chǔ)。由于碳纖維具有疏水性、惰性大難以在其表面上直接鍍銅的特點(diǎn)，首先需要對(duì)碳纖維的表面進(jìn)行預(yù)處理。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用高溫灼燒除膠和過硫酸銨氧化，較好地改善了碳纖維的疏水性，提高了碳纖維表面的粗糙度；以SnCl2為敏化液，AgNO3為活化液可使碳纖維表面形成一層具有催化活性的貴金屬層(Ag)，增大了碳纖維表面的活性，使碳纖維表面化學(xué)鍍銅得以實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過預(yù)處理的碳纖維表

3、面先化學(xué)鍍銅再電鍍銅，可獲得具有一定厚度、均勻的銅鍍層，較好地解決了碳纖維與鋁的潤濕性問題。通過對(duì)化學(xué)鍍液的沉銅速率、穩(wěn)定性與溫度以及還原劑、絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑等試劑用量關(guān)系的研究，確定了最佳化學(xué)鍍銅配方。首次采用以硫酸銅為主鹽，甲醛為還原劑，AgNO3為活化劑，EDTA和酒石酸鉀鈉為雙絡(luò)合劑，2，2'—聯(lián)吡啶和亞鐵氰化鉀為穩(wěn)定劑，碳纖維化學(xué)鍍銅新工藝。該工藝鍍液穩(wěn)定，銅沉積速度快，生產(chǎn)成本低，鍍銅效果良好。 通過對(duì)電鍍銅的沉銅速率

4、、電鍍時(shí)間和電流密度的試驗(yàn)，確定了合適的電鍍條件。 碳纖維化學(xué)鍍銅—電鍍銅復(fù)合鍍的試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)碳纖維先進(jìn)行化學(xué)鍍銅再電鍍銅，既解決了碳纖維束的黑心問題，又可獲得較厚的鍍層，使鍍層與碳纖維的結(jié)合力更好。 創(chuàng)造性地使用化學(xué)涂覆的方法有效地解決了在高溫復(fù)合過程中碳纖維表面銅鍍層的氧化難題。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將鍍銅碳纖維浸泡在1％硼酸溶液中，可大大降低銅的氧化程度，碳纖維在復(fù)合材料中分散均勻且沒有損傷，1％的硼酸對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能

5、沒有影響。 利用SEM、XRD、EDX等分析手段對(duì)制得的復(fù)合材料進(jìn)行了界面微結(jié)構(gòu)分析，研究顯示，C/Al界面為化學(xué)結(jié)合；C/Cu界面為機(jī)械結(jié)合；Cu/Al界面生成大量的CuAl2金屬間化合物；C-Cu/Al界面為化學(xué)結(jié)合和機(jī)械結(jié)合混合界面。 闡述了攪拌鑄造制備碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料氣孔率的測定方法，分析了復(fù)合材料中形成氣孔的原因，試驗(yàn)從復(fù)合溫度、攪拌槳形狀、攪拌速度、保溫時(shí)間和碳纖維加入量等條件入手，研究了攪拌鑄造制備鋁

6、基復(fù)合材料氣孔率的影響因素。 采用攪拌鑄造法制備了鋁基復(fù)合材料，確定了復(fù)合材料的制備工藝，采用上平下斜型攪拌槳，攪拌溫度控制在740℃，攪拌時(shí)間為5min，保溫時(shí)間為10min，轉(zhuǎn)速為1000～1400r/min。對(duì)制備的短碳纖維增強(qiáng)工業(yè)原鋁復(fù)合材料進(jìn)行了抗拉強(qiáng)度、耐磨性和硬度測試，結(jié)果表明，抗拉強(qiáng)度隨碳纖維體積百分?jǐn)?shù)的增加而增大，與保溫時(shí)間、碳纖維長度有關(guān)；耐磨性隨碳纖維體積百分?jǐn)?shù)、纖維長度的增加而提高；硬度隨碳纖維體積百分?jǐn)?shù)