[發明專利]一種碳纖維增強鋁鋰合金復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410467597.0
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104264083B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 孫浩亮;魏明
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C22C49/06
• 分類號: C22C49/06;C22C49/14;C22C47/02;C22C47/14;C22C101/10
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 羅民健

技術領域

本發明涉及到金屬基復合材料的制備領域，具體來說是一種碳纖維增強鋁鋰合金復合材料及其制備方法。

背景技術

????鋰是自然界中最輕的金屬元素，密度僅為0.534g/cm³，鎂的密度1.732g/cm³，在鋁中每加入1％(質量分數)的鋰可使合金密度降低3％，彈性模量增加約6％。

據推算，與采用傳統鋁合金制造的波音飛機相比，若采用先進鋁鋰合金用于制造將降低14.6％的機身重量，節約5.4％的燃料消耗，降低2.1％的制造成本，每架飛機每年將降低2.2％的飛行費用；戰斗機也是鋁鋰合金率先展開應用的重要領域，若能減輕15％的機身重量，將會減少15％的飛機滑跑距離，延長20％的有效航程，同時增加30％的有效載荷。世界著名航空器制造者空中客車公司已采用大量A1-Li合金用于制造A380和A350，作為地板梁、機身蒙皮和下翼面桁條應用。

研究發現A1-Li二元合金存在韌性較低、各向異性嚴重、短橫向強度較低、塑韌性水平較差、熱暴露后會嚴重損失韌性等問題，限制了鋁鋰合金在飛行器領域的應用。

鑒于A1-Li二元合金的綜合性能較差，通常需要在二元合金基礎上單獨或者復合添加Mg、Cu、Zr、Zn、Mn、Ag等合金元素，從而形成多種強化相，并改變強化相的數量和分布，達到改善其性能的目的，除文獻報到外，還有一些專利申請公開了改善鋁鋰合金性能的技術方法。

經過技術檢索發現中國專利申請：“公開號CN103687971A，申請日2012年5月16日，專利名稱“具有改善的斷裂韌性的鋁鎂鋰合金”，公開了?“通過熔鹽法制備了含多種微量合金元素的鋁鋰合金，并通過后續的熱加工技術改善了鋁鋰合金的韌性。

中國專利申請：“公開號CN103509984A，申請日2013年9月28日，專利名稱“一種超高強鋁鋰合金及其制備方法”，公開了?“用Mg、Ag、Zn微量元素共同復合微合金化強化，按合金成分配料，將原料熔化，經爐內精煉、靜置后，澆鑄成所需規格的合金鑄錠，制造板材抗拉強度可達580MPa以上，同時延伸率高于7%，可用于航空航天、核工業、交通運輸、兵器等領域的結構元件”。

中國專利申請：“公開號?CN103255322A，申請日2013年6月2日，專利名稱?“高韌性超薄壓鑄鋁鋰合金”公開了?“通過控制合金中鋅、銅、錳、鋰、鍶、鑭及鈰的含量制備具有疲勞抗力、裂紋擴展力、耐蝕性和耐熱性均更好的鋁鋰合金”。

中國專利申請：“公開號CN102304653A，申請日2011年9月9日，專利名稱“一種高塑性雙相含釔的鎂鋁鋰合金及其制備方法”，公開了“一種高塑性雙相含釔的鎂鋁鋰合金及其制備方法，該合金具體組分及其按質量百分比及含量如下：Li?9.50～10.80%,?Al?3.00～5.00%,?Y?0.50～0.70%,?Zr?0.10～0.30%,?余量為Mg”。

中國專利申請：“公開號CN10201457A，申請日2010年10月27日，專利名稱“一種高強韌鋁鋰合金及其制備方法”公開了“一種新型高強韌鋁鋰合金材料的顯微組織均勻、性能穩定，適用于制造厚板及擠壓材”。

從上述專利申請內容可以看出，通過在鋁鋰合金中添加微量合金元素并結合熱處理、熱加工技術可以顯著提高鋁鋰合金的韌性、強度等性能。

碳纖維是一種耐熱性、耐蝕性良好且密度較低，比強度較高的功能型纖維材料。碳纖維增強金屬基復合材料不僅具有較低的密度、良好的強度和耐磨性，而且具有優良的導電、導熱性、抗疲勞性、電磁屏蔽性等特點，因而其廣泛應用在汽車、軌道交通、航空航天等領域。

發明內容

本發明的目的就是通過粉末冶金的方法燒結制備短碳纖維來增強鋁鋰合金，以改善鋁鋰合金的韌性及各向異性，提高鋁鋰合金的強度，拓展鋁鋰合金的應用空間。

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案為：一種碳纖維增強鋁鋰合金復合材料，由鋁鋰合金粉及其體積分數為1～10%的經預先處理的碳纖維制成，其中，按照重量比，鋁鋰合金粉的組成成分為1～3%的Li、0.1～3.5%?的Mg、2～3%的Cu、0.1～0.5%的Mn、0.05～0.2%的Zr、0.3-1%的Zn和Al及不可避免的雜質；

所述經預先處理的碳纖維是指：將選取直徑10微米的碳纖維剪成2-3mm的短碳纖維，然后依次進行灼燒、粗化和中和處理后得到。