基于电磁成形连续碳纤维增强铝基复合材料的制备工艺

摘要

随着现代科技的发展，单一性能的金属材料已不能满足一些特殊应用需求，而综合性能好的连续碳纤维增强铝基复合材料是当今材料领域的研究热点之一。目前 Cf/Al复合材料常用的制备方法有固态法（粉末冶金法、扩散粘接法等）和液态法（挤压铸造法、真空压渗法、无压浸渗法等）两大类，但均存在制备成本高、生产周期长、设备要求高等问题。基于此本课题旨在利用电磁成形技术的特点来探索碳纤维增强铝基复合材料新的制备方法。利用金相显微镜、扫描电子显微镜观察复合材料的组织形貌，利用 X射线衍射仪测定界面物相，利用拉伸试验机、布氏硬度计等测试复合材料的力学性能，并对实验结果和实验中出现的问题进行分析，寻求合理的工艺参数，提出技术路线的改进方向。　　为了解决碳纤维和金属基体相容性极差的问题，提高碳纤维和铝合金基体的界面结合力，先对碳纤维表面实施镀铜，工艺过程为：除胶-粗化-敏化-活化-解胶-化学镀铜。　　通过对实验工装（模具和线圈）和实验方案的设计，利用电磁成形对铝液的脉冲电磁力，使液态铝合金与碳纤维网格复合成为一体，从而制备出性能较好的连续碳纤维增强铝基复合材料。通过金相显微镜和扫描电镜分析可知，随着电压升高，碳纤维表面与铝合金基体的结合渐趋良好，同时铝合金开始向碳纤维之间渗透，表面碳纤维也逐渐向铝合金基体中分散。XRD衍射分析表明，界面反应很弱，界面处基本没有 Al4C3脆性相生成。随着放电电压的升高，复合材料的抗拉强度和硬度也从明显低于基体材料，到获得大幅的提升。当放电电压为2000V时，制得的复合材料性能最优，拉伸强度达到101.76MPa，相比同电压下铝合金基体增加了11.7%，比无电压下铝合金基体增加了12.4%，；布氏硬度达到了35.8HBW，是同电压下铝合金基体的1.10倍，是无电压下铝合金基体的1.09倍。　　当电磁成形的放电电压过高时，复合材料的抗拉强度有下降趋势，硬度维持一定水平。扫描电镜分析表明，过高的放电电压会造成界面处碳纤维的损伤断裂，也会导致界面处铝合金基体的开裂，因而需要探讨电磁力的作用形式和碳纤维的受力情况，严格控制电压。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 Cf/Al复合材料的概述

1.3课题研究方向

第2章 实验内容和方法

2.1实验材料

2.2实验设备

2.3复合材料的制备

2.4实验内容

2.5本章小结

第3章 碳纤维预处理

3.1碳纤维镀铜预处理

3.2化学镀铜

3.3本章小结

第4章 连续碳纤维增强铝基复合材料的制备

4.1实验工装设计

4.2试样的制备

4.3成形过程工艺分析

4.4本章小结

第5章 连续碳纤维铝基复合材料的组织和性能分析

5.1 Cf/Al复合材料显微组织分析

5.2 Cf/Al复合材料拉伸性能测试

5.3 Cf/Al复合材料硬度测试

5.4存在的问题

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果