[發明專利]一種連續碳纖維增強鎂-鋁雙金屬基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010541117.6
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111560572A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 王振軍;徐志鋒;熊博文;蔡長春;余歡;楊偉;張守銀;汪志太
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C22C47/08
• 分類號: C22C47/08;C22C47/02;C22C47/06;C22C49/14;C22C49/06;C22C49/04;C22C101/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明提供了一種連續碳纖維增強鎂?鋁雙金屬基復合材料及其制備方法，屬于高性能金屬基復合材料技術領域。本發明先制備出連續碳纖維增強鎂基復合材料絲材作為增強體，然后將該增強體與鋁合金復合，制備連續碳纖維增強鎂?鋁雙金屬基復合材料；鎂合金與連續碳纖維的浸潤性好，浸滲形成的缺陷少，而且鎂合金與連續碳纖維之間的界面反應少，不會產生界面有害脆性產物，不會損傷連續碳纖維；鋁合金不會與碳纖維直接接觸反應，避免了傳統連續碳纖維增強鋁基復合材料制備中因碳纖維與鋁合金之間界面潤濕性差導致的浸滲困難和制備缺陷多的問題，以及碳纖維與鋁合金之間嚴重的界面反應引起的有害界面脆性相生成和纖維性能受損的問題。

技術領域

本發明涉及高性能金屬基復合材料技術領域，尤其涉及一種連續碳纖維增強鎂-鋁雙金屬基復合材料及其制備方法。

背景技術

連續碳(石墨)纖維增強鋁基復合材料具有高比強度、高比模量、低熱膨脹系數、耐腐蝕和抗熱老化等優良的綜合性能，作為傳統復合材料的有力競爭者和替代者而備受國內外研究者重視。如何實現該類復合材料的高性能制備是目前其走向工程應用面臨的關鍵技術。

由于碳(石墨)纖維束含1000～12000根纖維絲，每根纖維絲直徑是6～8微米，纖維絲之間的空隙尺寸為微米或亞微米級別，熱壓擴散法、粉末冶金法等固態制備法難以實現纖維束內纖維絲與鋁合金的充分復合。因此，目前該類復合材料的主要制備方法為液態壓力浸滲法，其基本技術思路為：將連續碳(石墨)纖維束通過編織或機織方法制備成纖維預制體，然后采用擠壓鑄造法、真空吸滲法或氣壓浸滲法等工藝將液態鋁合金強迫滲透至纖維預制體及其內部纖維束中進行高溫復合，冷卻后脫模制得連續碳(石墨)纖維增強鋁基復合材料。

大量研究表明，目前，制備連續碳(石墨)纖維增強鋁基復合材料的液態壓力浸滲法存在如下技術難點：(1)液態壓力浸滲制備中C/Al之間界面反應嚴重且不易控制，后果一是生成脆性的Al₄C₃界面相而形成潛在裂紋源，二是使增強纖維的性能受損而無法發揮其增強作用，以上兩點會嚴重惡化復合材料的力學性能，且其性能的穩定性較差；(2)C/Al之間的潤濕性非常差，但為了減少(1)所述的界面反應程度，制備時需降低復合溫度和減少C/Al之間的接觸時間，因此液態鋁合金滲透進入纖維束內間隙的難度極大，容易存在微空洞或微疏松等浸滲不足缺陷，這些缺陷都是復合材料承載時萌生微裂紋的源頭。

綜上所述，改善碳(石墨)纖維與鋁合金基體之間界面潤濕性并避免有害界面反應，是液態浸滲法制備中減少復合材料微觀組織缺陷、提高致密度和力學性能的關鍵技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種連續碳纖維增強鎂-鋁雙金屬基復合材料及其制備方法，所制備的連續碳纖維增強鎂-鋁雙金屬基復合材料微觀缺陷少，致密度高且具有優異的力學性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種連續碳纖維增強鎂-鋁雙金屬基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將連續碳纖維與液態鎂合金進行第一復合，得到連續碳纖維增強鎂基復合材料絲材；

將所述連續碳纖維增強鎂基復合材料絲材進行疊層，得到增強體；

將所述增強體與液態鋁合金進行第二復合，得到連續碳纖維增強鎂-鋁雙金屬基復合材料。

優選的，所述連續碳纖維為碳纖維或石墨纖維。

優選的，所述液態鎂合金中的鎂合金為鑄造鎂合金，所述液態鎂合金的溫度為600～650℃。

優選的，進行所述第一復合之前，還包括將所述連續碳纖維進行預處理，所述預處理的溫度為350～450℃，保溫時間為20～30min；

所述預處理在氬氣氛圍下進行，所述氬氣氛圍的壓力為0.05～0.1MPa。