[發明專利]CFRP/鋁合金熱成形淬火時效共固化一體化成形方法

有效

• 申請號: 202010038112.1
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111231366B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 何霽;郭聰;李淑慧;韓國豐
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;C21D9/00;B29L31/30
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明公開了一種CFRP/鋁合金熱成形淬火時效共固化一體化成形方法，包括以下步驟：先將鋁合金置于加熱爐中進行固溶處理并迅速轉移至水冷模具中成形及淬火；之后對鋁合金表面進行粗糙化處理并與碳纖維預浸料疊層；最后通過熱沖壓模具完成CFRP/鋁合金的共固化過程及鋁合金的時效過程，或者通過熱沖壓模具完成CFRP/鋁合金的共固化過程，再將復合結構轉移至加熱爐中完成時效過程。該方法可以有效地提升復合結構的強度和成形精度，縮短工藝流程，提高成形效率。

技術領域

本發明涉及一種CFRP/鋁合金熱成形淬火時效共固化一體化成形方法，具體涉及一種CFRP/鋁合金復合結構熱成形-淬火-時效-共固化一體化成形方法，屬于板材成形技術領域。

背景技術

安全、環保與節能是當前汽車制造業發展的主題，汽車輕量化是實現節能減排的重要措施之一。相關實驗研究表明，汽車質量每減少10％，油耗可降低6％-8％，尾氣排放量可減少4％。汽車輕量化主要通過結構優化設計、輕量化材料應用和先進制造技術等方式來實現。其中，采用輕量化材料是降低整車質量的一個重要途徑。目前，汽車輕量化材料主要有兩類：一類是高強鋼等高強度材料，另一類是各種輕質材料，主要包括鋁合金、鎂合金以及纖維增強復合材料等。

鋁合金和碳纖維復合材料是應用最廣泛的兩種輕量化材料。鋁合金具有密度小、成本低、耐沖擊、耐磨損、耐腐蝕、可回收再生等優勢，能夠有效地提升車身的碰撞安全性，在汽車工業和航空航天領域獲得了廣泛的應用。然而，鋁合金在室溫下的成形性能較差、回彈嚴重，利用傳統的加工方法很難成形形狀復雜的零件。對于可熱處理強化鋁合金，如Al-Cu(2系)、Al-Mg-Si(6系)、Al-Zn-Mg(7系)，通常在退火態完成零件的成形，然后對成形零件進行熱處理以提高其強度。在固溶加熱和淬火過程中，零件的熱脹冷縮以及不規則的熱應力的影響，使得零件的尺寸精度難以保證。

碳纖維復合材料是由環氧樹脂基體與碳纖維增強體復合制成的結構材料，具有低密度、高比強度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕、良好的熱穩定性與化學穩定性等優異的力學性能，是車身輕量化的理想材料。已有研究表明，在等剛度或等強度的條件下，碳纖維復合材料結構相比低碳鋼結構可減重50％以上，相比鎂/鋁合金結構可減重30％以上，同時可減少70％的裝配零件數量。另一方面，碳纖維復合材料具有較低的延伸率和斷裂韌性，碰撞吸能性較差，并且成形時間長，固化工藝復雜，制造成本較高，這極大地制約了其在汽車工業的推廣和應用。

CFRP/鋁合金復合結構是由CFRP與鋁合金兩種材料交替堆疊而成的混合層狀板材結構，綜合了CFRP與鋁合金兩種材料的優點。一方面CFRP可以顯著提高復合結構的剛度和強度，另一方面鋁合金可以改善復合結構在沖擊作用下的吸能特性，同時又保留了兩種材料低密度、耐疲勞、耐腐蝕的特點。因此CFRP/鋁合金復合結構在車身B柱、前縱梁等關鍵的車身安全件中具有廣闊的應用前景。CFRP與鋁合金之間的連接方式是復合結構制備過程中的一個關鍵問題。目前CFRP/鋁合金復合結構的無損連接方式大部分采用膠接工藝，需要分別將鋁合金與CFRP單獨成形，再利用特定的環氧膠將兩者粘合在一起。該方式工藝流程復雜，生產周期長，無法滿足車用零部件快速一體化制造的需求；對于復雜形狀的零部件，也無法保證鋁合金及CFRP表面完全貼合，從而影響成形件的整體性能。因此，亟需發展一種針對CFRP/鋁合金復合結構的快速一體化成形工藝。