[發明專利]一種碳纖維布-鋁合金復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210103358.8
• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN102642011A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 劉金旭;駱雨萌;李樹奎;王迎春;王星
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B22D19/00
• 分類號: B22D19/00;B22C9/04;D06M11/83;D06M101/40
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技術領域

本發明涉及碳纖維布鍍銅和金屬復合材料的制備工藝，屬于冶金技術領域，尤其涉及一種碳纖維布-鋁合金復合材料的制備方法。

背景技術

碳纖維布-鋁合金復合材料由具有高比強度的鋁合金和具有高比模量、抗拉伸的碳纖維布復合而成，具有密度低、比強度高、抗拉伸及比模量高等優點。其力學性能可通過調整碳纖維布在鋁合金內的分布狀態以及鋁合金成分的控制進行一定范圍內的調整。在建筑、軍工等領域有著良好的應用前景。

現階段的建筑材料內使用碳纖維布與金屬材料復合時，多將其作為表面或作為夾層粘貼于金屬之上。其特點是加工工序簡單易控。但缺點在于這種復合材料結合力很低，在使用中容易發生脫抽，很難發揮出碳纖維布抗拉伸及抗剪切的優勢。

鋁合金因其高的比強度常用于防護領域。現階段可制備出短碳纖維-鋁合金復合材料，但對提高其抗剪切能力效果不顯著且碳纖維的排布難以控制。

碳纖維布在加熱到450℃以上會發生失重，而該溫度無法達到鋁合金的澆鑄溫度；且因其具有疏水性和表面惰性，與金屬熔體濕潤不良，無法直接通過澆鑄法與鋁合金復合。

本發明利用碳纖維布預處理后電鍍銅或化學鍍銅的方法先將其金屬化，進而在鋁合金的澆鑄過程中與之復合，解決了碳纖維布與鋁合金潤濕不良、結合性差的問題。制成的材料具有高的比強度和比模量，成品的形狀及其內部碳纖維布的分布、鋁合金的成分均可控。

發明內容

本發明的目的在于克服碳纖維布難以復合入鋁合金內且結合差的缺點，提供一種具有高的比強度、比模量且碳纖維布分布狀態可控、鋁合金成分可控的碳纖維布-鋁合金復合材料及其制備方法。

本發明解決上述技術問題所采取的技術方案是：在碳纖維布表面通過鍍銅使其金屬化，提高了與液態鋁潤濕性的同時又防止在高溫條件下發生失重。再在制作熔模的過程中對碳纖維布按要求進行排布，澆鑄所需成分的熔融鋁合金得到最終成品。

上述的具有高比強度和比模量的碳纖維布-鋁合金的制備方法如下：

步驟1：根據對成品內碳纖維布的尺寸對其進行裁剪，在其邊緣按需要打孔。再對其進行去膠、粗化、中和、敏化、活化、還原處理；

步驟2：采用電鍍銅或化學鍍銅的方法在碳纖維布表面施鍍。取出后用去離子水水洗15min，再在70～80℃的熱風中干燥20min；

步驟3：按所需成品的尺寸要求及其內部碳纖維布的分布要求制作熔模模殼。用機械方法將碳纖維布在模殼內進行固定；

步驟4：熔煉鋁合金，按成分需要添加合金元素并扒渣，并使用鋁膜包裹精煉劑進行除氣，添加變質劑后攪拌調制澆鑄溫度后進行澆鑄。冷卻方法為空冷。

本發明相對于現有的通過粘貼獲得碳纖維布-鋁合金復合材料，其優勢在于：

(1)在碳纖維布表面通過鍍銅使其金屬化，提高了與液態鋁潤濕性的同時又防止在高溫條件下發生失重，使通過澆鑄法獲得碳纖維布-鋁合金復合材料變為可行。

(2)通過澆鑄法獲得的碳纖維布-鋁合金復合材料界面結合良好，不易發生脫抽，保證了材料的高比模量。

(3)碳纖維布在鋁合金內的分布狀態以及鋁合金成分均可控制。

具體實施方式

以下結合四個具體實施例，示例性說明及幫助進一步理解本發明。但實施例具體細節僅是為了說明本發明，并不代表本發明構思下的全部技術方案，因此不能理解為對本發明技術方案的限定。一些不偏離本發明構思的非實質性改動，例如以具有相同或相似技術效果的技術特征簡單改變或替換，均屬本發明權利保護范圍。

實施例1

1、將碳纖維布裁剪成10cm*10cm，邊緣打固定用洞并應用空氣灼燒法除膠，再使用成分為硝酸、重鉻酸鉀、雙氧水和過硫酸銨的粗化液粗化，應用10％NaOH溶液中和、并使用SnCl₂作為敏化液敏化、再經過成分為PdCl₂和AgCl的活化液活化，最終在20g/L的次亞磷酸鈉溶液浸泡碳纖維布1～3min以完成還原過程；

2、采用化學鍍銅的方法對碳纖維布進行處理。鍍液成分包含CuSO₄，HCHO，NaKC₄H₄O₆。鍍液PH值為12.7，施鍍溫度60℃，施鍍時間20min。為保持碳纖維布施鍍過程中的平整，采用超聲波振蕩法對化學鍍銅液進行均勻分散。取出后用去離子水水洗15min，再在70～80℃的熱風中干燥20min；