CN105648364A - 用于船艇的铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于船艇的铝基复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。该用于船艇的铝基复合材料包括按照质量份数计的如下原料：铝60-75份、锰0.5-4份、镁1-2份、锂0.5-2份、铍0.8-2.5份、铜3-8份、钛1-2份、碳纤维1-3份、碳化硅纤维2-5份、氧化铝5-10份。本发明的复合材料强度高，具有良好的抗海水侵蚀性能和避磁性；本发明的制备方法简便，适于工业生产。

Description

用于船艇的铝基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及用于船艇的铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类，其中铝合金由于密度小、强度高、塑性好等特性，在国民经济和航空航天、国防军工等高新技术领域有非常广泛的应用。
船艇常年接触海水，容易被海水侵蚀，而且航行时不希望受到磁力干扰，因此本发明旨在研究一种强度高、具有抗海水侵蚀性能且避磁性的铝基复合材料，以适用于船艇。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种用于船艇的铝基复合材料及其制备方法，该复合材料强度高，具有良好的抗海水侵蚀性能和避磁性。
本发明采用的技术方案如下：
用于船艇的铝基复合材料，包括按照质量份数计的如下原料：铝60-75份、锰0.5-4份、镁1-2份、锂0.5-2份、铍0.8-2.5份、铜3-8份、钛1-2份、碳纤维1-3份、碳化硅纤维2-5份、氧化铝5-10份。
以上所述的用于船艇的铝基复合材料，包括按照质量份数计的如下原料：铝68份、锰2.4份、镁1.5份、锂1.3份、铍1.6份、铜6份、钛1.5份、碳纤维2份、碳化硅纤维3份、氧化铝7份。
进一步的，所述碳纤维为短切纤维。
进一步的，所述碳化硅纤维为粉末状的碳化硅晶须，直径为0.1～2um，长度为20～300um。
以上所述的用于船艇的铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量配比称取铝、锰、镁、锂、铍、铜、钛和氧化铝，用机械球磨混料机混合8-12h，形成均匀的混合粉末；
(2)将步骤(1)所得粉末与碳纤维和碳化硅纤维混合均匀，于350-450MPa下压制；
(3)在氮气氛围中，于1100-1250℃下烧结15-30min，降温至400-500℃，保持1-2h，后继续自然冷却，即得所述用于船艇的铝基复合材料。
进一步的，所述步骤(2)中压制压强为400MPa。
进一步的，所述步骤(3)中烧结条件为于1180℃下烧结20min。
本发明的有益效果为：
第一，本发明的复合材料以金属铝为基体，铝与锰、镁互配具有很好的耐腐蚀性和较高的强度，又加入了铍和铜，产生协同作用，抗腐蚀能力更强，且同时具有避磁性，延长了使用寿命；
第二，本发明的复合材料中加入了锂，又采用碳纤维和碳化硅纤维增强，使得其强度更高，可增加船艇的载重量以及提高运行速度；
第三，本发明制备方法适用范围广，节能省时，工艺可靠高效，利于规模化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，本发明中使用的原料若无特别说明，均可通过市购获得。
实施例1
用于船艇的铝基复合材料，包括按照质量份数计的如下原料：铝60份、锰0.5份、镁1份、锂0.5份、铍0.8份、铜3份、钛1份、碳纤维1份、碳化硅纤维2份、氧化铝5份，其中所述碳纤维为短切纤维，所述碳化硅纤维为粉末状的碳化硅晶须，直径为0.1～2um，长度为20～300um。
上述用于船艇的铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量配比称取铝、锰、镁、锂、铍、铜、钛和氧化铝，用机械球磨混料机混合8h，形成均匀的混合粉末；
(2)将步骤(1)所得粉末与碳纤维和碳化硅纤维混合均匀，于350MPa下压制；
(3)在氮气氛围中，于1100℃下烧结15min，降温至400-500℃，保持1-2h，后继续自然冷却，即得所述用于船艇的铝基复合材料。
实施例2
用于船艇的铝基复合材料，包括按照质量份数计的如下原料：铝64份、锰1.4份、镁1.2份、锂0.8份、铍1.2份、铜4.5份、钛1.3份、碳纤维1.5份、碳化硅纤维2.5份、氧化铝6份，其中所述碳纤维为短切纤维，所述碳化硅纤维为粉末状的碳化硅晶须，直径为0.1～2um，长度为20～300um。
上述用于船艇的铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量配比称取铝、锰、镁、锂、铍、铜、钛和氧化铝，用机械球磨混料机混合9h，形成均匀的混合粉末；
(2)将步骤(1)所得粉末与碳纤维和碳化硅纤维混合均匀，于375MPa下压制；
(3)在氮气氛围中，于1140℃下烧结18min，降温至400-500℃，保持1-2h，后继续自然冷却，即得所述用于船艇的铝基复合材料。
实施例3
用于船艇的铝基复合材料，包括按照质量份数计的如下原料：铝68份、锰2.4份、镁1.5份、锂1.3份、铍1.6份、铜6份、钛1.5份、碳纤维2份、碳化硅纤维3份、氧化铝7份，其中所述碳纤维为短切纤维，所述碳化硅纤维为粉末状的碳化硅晶须，直径为0.1～2um，长度为20～300um。
上述用于船艇的铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量配比称取铝、锰、镁、锂、铍、铜、钛和氧化铝，用机械球磨混料机混合10h，形成均匀的混合粉末；
(2)将步骤(1)所得粉末与碳纤维和碳化硅纤维混合均匀，于400MPa下压制；
(3)在氮气氛围中，于1180℃下烧结20min，降温至400-500℃，保持1-2h，后继续自然冷却，即得所述用于船艇的铝基复合材料。
实施例4
用于船艇的铝基复合材料，包括按照质量份数计的如下原料：铝72份、锰3.2份、镁1.7份、锂1.6份、铍2份、铜7份、钛1.8份、碳纤维2.5份、碳化硅纤维4份、氧化铝8份，其中所述碳纤维为短切纤维，所述碳化硅纤维为粉末状的碳化硅晶须，直径为0.1～2um，长度为20～300um。
上述用于船艇的铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量配比称取铝、锰、镁、锂、铍、铜、钛和氧化铝，用机械球磨混料机混合11h，形成均匀的混合粉末；
(2)将步骤(1)所得粉末与碳纤维和碳化硅纤维混合均匀，于420MPa下压制；
(3)在氮气氛围中，于1220℃下烧结25min，降温至400-500℃，保持1-2h，后继续自然冷却，即得所述用于船艇的铝基复合材料。
实施例5
用于船艇的铝基复合材料，包括按照质量份数计的如下原料：铝75份、锰4份、镁2份、锂2份、铍2.5份、铜8份、钛2份、碳纤维3份、碳化硅纤维5份、氧化铝10份，其中所述碳纤维为短切纤维，所述碳化硅纤维为粉末状的碳化硅晶须，直径为0.1～2um，长度为20～300um。
上述用于船艇的铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量配比称取铝、锰、镁、锂、铍、铜、钛和氧化铝，用机械球磨混料机混合12h，形成均匀的混合粉末；
(2)将步骤(1)所得粉末与碳纤维和碳化硅纤维混合均匀，于450MPa下压制；
(3)在氮气氛围中，于1250℃下烧结30min，降温至400-500℃，保持1-2h，后继续自然冷却，即得所述用于船艇的铝基复合材料。
性能测试
对本发明实施例1-5所得产品进行性能测试，其中耐盐雾性试验：将待测样浸泡于10wt％的氯化钠溶液中200h，后置于湿度98％、温度35-45℃的环境中30d，观察表面是否腐蚀，结果如下表：
表1产品性能测试数据
性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
拉伸强度，MPa 805 812 820 810 806
弹性模量，GPa 123 126 131 128 124
断裂延伸率，％ 33 36 39 38 34
耐盐雾腐蚀性 无变化 无变化 无变化 无变化 无变化
避磁性 良好 良好 良好 良好 良好
由上表可见，本发明的复合材料强度高，具有良好的抗海水侵蚀性和避磁性，其中实施例3效果最佳。

Claims (7)

1.用于船艇的铝基复合材料，其特征在于，包括按照质量份数计的如下原料：铝60-75份、锰0.5-4份、镁1-2份、锂0.5-2份、铍0.8-2.5份、铜3-8份、钛1-2份、碳纤维1-3份、碳化硅纤维2-5份、氧化铝5-10份。
2.根据权利要求1所述的用于船艇的铝基复合材料，其特征在于，包括按照质量份数计的如下原料：铝68份、锰2.4份、镁1.5份、锂1.3份、铍1.6份、铜6份、钛1.5份、碳纤维2份、碳化硅纤维3份、氧化铝7份。
3.根据权利要求1或2所述的用于船艇的铝基复合材料，其特征在于，所述碳纤维为短切纤维。
4.根据权利要求1或2所述的用于船艇的铝基复合材料，其特征在于，所述碳化硅纤维为粉末状的碳化硅晶须，直径为0.1～2um，长度为20～300um。
5.权利要求1-4任一项所述的用于船艇的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照质量配比称取铝、锰、镁、锂、铍、铜、钛和氧化铝，用机械球磨混料机混合8-12h，形成均匀的混合粉末；
(2)将步骤(1)所得粉末与碳纤维和碳化硅纤维混合均匀，于350-450MPa下压制；
(3)在氮气氛围中，于1100-1250℃下烧结15-30min，降温至400-500℃，保持1-2h，后继续自然冷却，即得所述用于船艇的铝基复合材料。
6.根据权利要求5所述的用于船艇的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中压制压强为400MPa。
7.根据权利要求5所述的用于船艇的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中烧结条件为于1180℃下烧结20min。
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