[發明專利]一種碳纖維增強鎂基復合板的制備方法

有效

• 申請號: 201210120603.6
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102658703A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 梁偉;池成忠;李線絨;趙興國;劉沈陽;張建軍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B32B37/06
• 分類號: B32B37/06;B32B37/10;B32B37/12;B32B37/16
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

1.一種碳纖維增強鎂基復合板的制備方法，其特征在于：本發明使用的化學物質材料為：鎂合金板、碳纖維布、鎂塊、鋁塊、鋅塊、去離子水、丙酮、氬氣、砂紙，其組合準備用量如下：以毫米、克、毫升、厘米³為計量單位

制備方法如下：

(1)精選化學物質材料

對制備使用的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制；

鎂合金板：固態固體

碳纖維布：固態固體??含碳量≥95％

鎂塊：固態固體99.0％

鋁塊：固態固體99.0％

鋅塊：固態固體99.0％

去離子水：液態液體99.9％

丙酮：液態液體99.9％

氬氣：氣態氣體99.99％

砂紙：固態固體

(2)制備鎂鋅鋁共晶合金粉

制備鎂鋅鋁共晶合金粉是在感應熔煉爐中進行的；

①將鎂塊15.40g±0.01g、鋅塊17.43g±0.01g、鋁塊0.35g±0.01g置于感應熔煉爐內的坩堝中；

②抽取爐內空氣，使爐內氣壓≤1Pa，然后輸入氬氣，氬氣輸入速度為80c?m³/min，使爐內壓強保持在1個大氣壓；

③開啟感應熔煉爐加熱器，使爐內溫度升溫至360℃±2℃，在此溫度恒溫、保溫、熔煉5min±1min，然后停止加熱，使其隨爐冷卻至25℃，然后取出鎂鋅鋁共晶合金錠；

④將鎂鋅鋁共晶合金錠機械切割成鎂鋅鋁共晶合金塊；

⑤將鎂鋅鋁共晶合金塊置于粉碎機內粉碎，然后用140目篩網過篩，粉碎、過篩反復進行，成鎂鋅鋁共晶合金粉，粉體顆粒直徑≤0.109mm；

(3)制備通槽開合式模具

通槽開合式模具呈矩形筒狀，模具型腔尺寸為50mm×50mm×500mm，用不銹鋼材料制作，型腔表面粗糙度為Ra0.16-0.32μm；

(4)處理碳纖維布

①將2塊碳纖維布放入真空熱處理爐中，先抽取爐內空氣，使爐內氣壓≤1Pa，然后輸入氬氣，氬氣輸入速度為80cm³/min，使爐內壓強保持在1個大氣壓，然后加熱至600℃±5℃，恒溫保溫30min±1min，然后停止加熱，隨爐冷卻至25℃取出；

②將熱處理后的碳纖維布置于燒杯中，用200ml丙酮清洗，清洗后晾干；

(5)壓制碳纖維增強鎂基復合層板

制備碳纖維增強鎂基復合層板是在加熱振動壓力機上進行的，是在通槽開合式模具內，在加熱、振動、壓力狀態下完成的；

①將通槽開合式模具垂直安裝在壓力機的振動工作臺上；

②將下電阻加熱器垂直安裝在通槽開合式模具底部，平面部向上，并接通加熱電源；

③在下電阻加熱器的平面上置放鎂合金板，在鎂合金板上用噴粉器均勻噴灑鎂鋅鋁共晶合金粉0.35g±0.01g，厚度0.2mm±0.05mm，在鎂鋅鋁共晶合金粉上部平整鋪設1塊碳纖維布，在碳纖維布上部用噴粉器均勻噴灑鎂鋅鋁共晶合金粉0.35g±0.01g，厚度0.2mm±0.05mm，在鎂鋅鋁共晶合金粉上部置放鎂合金板，然后再用噴粉器均勻噴灑鎂鋅鋁共晶合金粉0.35g±0.01g，厚度0.2mm±0.05mm，在鎂鋅鋁共晶合金粉上部平整鋪設1塊碳纖維布，在碳纖維布上部用噴粉器均勻噴灑鎂鋅鋁共晶合金粉0.35g±0.01g，厚度0.2mm±0.05mm，在鎂鋅鋁共晶合金粉上部置放鎂合金板，在鎂合金板上部垂直置放上電阻加熱器，并接通加熱電源，平面部壓在鎂合金板上，在上電阻加熱器上部置放上壓塊，在上壓塊上由壓力機壓頭壓住，壓頭連接壓力電機；

④開啟上下電阻加熱器，加熱溫度均為360℃±5℃；

⑤開啟壓力電機，使壓力電機壓強逐漸增至5MPa；

⑥開啟振動工作臺，振動頻率為3000次/min，加熱、加壓、振動時間為30min±2min；

⑦在加熱、加壓、振動過程中，各層間的空氣排出，鎂鋅鋁共晶合金粉熔化、粘合，成層狀結構；

⑧關閉上、下電阻加熱器，關閉壓力電機，振動工作臺停止振動，使層狀復合板趁熱立即轉入軋制；

⑨打開通槽開合式模具，拉升上電阻加熱器，取出層狀復合板，即鎂基復合層板；

(6)軋制碳纖維增強鎂基復合層板

碳纖維增強鎂基復合層板的軋制是在輥軋機上進行的，是在上、下軋輥相向轉動下完成的；

①將鎂基復合層板置于上軋輥和下軋輥之間，正面送料、反面出料，調整好軋制變形尺寸，調整好上軋輥和下軋輥的轉動方向和速度，上軋輥轉動方向為順時針，下軋輥轉動方向為逆時針；

②開啟上軋輥、下軋輥，使其同步轉動，鎂合金復合層板由正面送進，反面軋出，軋制速度為100mm/s，軋制道次為1道次，軋制后為：碳纖維增強鎂基復合板；

(7)低溫回火處理

將碳纖維增強鎂基復合板置于熱處理爐中，進行低溫回火處理，回火溫度150℃±5℃，回火時間120min±5min；回火后，停止加熱，使其隨爐冷卻至25℃；

(8)修正切邊，表面處理

①將低溫回火處理的碳纖維增強鎂基復合板置于平板上，用機械切邊，成方形；

②用砂紙打磨復合板表面及周邊，使表面光潔；

(9)檢測、化驗、分析、表征

對制備的碳纖維增強鎂基復合板的形貌、色澤、化學成分、金相組織、化學物理性能、力學性能進行檢測、分析、表征；

用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡及X射線能譜儀進行顯微組織觀察和化學成分分析；

用X射線衍射儀進行層間物相分析；

用電子萬能試驗機進行結合強度測試；

結論：碳纖維增強鎂基復合板為5層結構，即：鎂合金板層+碳纖維層+鎂合金板層+碳纖維層+鎂合金板層，鎂鋅鋁共晶合金粉在加熱、振動、加壓過程中浸潤碳纖維層；碳纖維增強鎂合金復合板界面抗拉強度為20MPa；

(10)包裝儲存

對制備的碳纖維增強鎂基復合板用軟質材料包裝，儲存于干燥、潔凈環境，要防潮、防氧化、防酸堿鹽侵蝕，儲存溫度20℃±2℃，相對濕度≤10％。