CN107312984A - 一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107312984A
CN107312984A CN201710343035.9A CN201710343035A CN107312984A CN 107312984 A CN107312984 A CN 107312984A CN 201710343035 A CN201710343035 A CN 201710343035A CN 107312984 A CN107312984 A CN 107312984A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnesium
carbon fiber
composite material
based composite
modified carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201710343035.9A
Other languages
English (en)
Inventor
刘莉
王爽
邱晶
刘晓东
黄明明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Netshape Composite Materials Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Netshape Composite Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Netshape Composite Materials Co Ltd filed Critical Suzhou Netshape Composite Materials Co Ltd
Priority to CN201710343035.9A priority Critical patent/CN107312984A/zh
Publication of CN107312984A publication Critical patent/CN107312984A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
    • C22C49/04—Light metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法，包含以下各组分，其质量分数百分比为：三氧化二铝3.2～7.9wt.％、碳纤维12.5～18.9wt.％、铜2.7～6.8wt.％、铁1.5～4.8wt.％、硅酸钠0.2～1.4wt.％、石墨2.1～7.6wt.％、硫酸铜1.2～5.6wt.％、硫酸镁0.9～2.5wt.％、余量为镁。本发明所述改性碳纤维增强镁基复合材料具有密度低，比强度和比刚度高，同时还具有良好的耐磨性、耐高温性、耐冲击性、优良的减震性能及良好的尺寸稳定性和铸造性能；本发明所述改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法克服了碳纤维与镁基复合材料之间润湿性差的缺陷；本发明所述方法制备工艺简单，成本较低。

Description

一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于轻金属材料领域，涉及一种镁基复合材料，具体为一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法。
背景技术
连续纤维增强金属基复合材料是利用高强度、高模量、低密度的硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳纤维与石墨纤维等作为增强体，与相应的金属基体复合而成。其中增强纤维绝大多数情况下是作为承载组分，而金属基体主要起粘结纤维、传递载荷、部分承载的作用。由于性能优良的连续纤维加入，使得复合材料具有轻质，比强度、比模量高，耐磨性强，耐高温性能好，导电、导热性好，抗疲劳，抗老化等优良的综合性能，在先进武器、航空航天等领域有着广阔的应用前景。目前国内外研究机构和学者对连续纤维增强金属基复合材料进行了大量的研究。
镁基复合材料的主要特点是密度低，比强度和比刚度高，同时还具有良好的耐磨性、耐高温性、耐冲击性、优良的减震性能及良好的尺寸稳定性和铸造性能等；但由于工艺复杂、价格昂贵，目前主要应用于航天及航空部门。镁合金常用的连续增强体有碳纤维、硼纤维、三氧化二铝纤维、铝钛纤维、钛纤维等。
碳纤维和镁合金基体的润湿性较差，使其在成型与制备上存在一定的难度。制备碳纤维增强镁基复合材料需要解决的首要问题就是改善碳纤维与镁合金之间的润湿性，常用的最有效方法就是碳纤维表面涂层处理，利用溶胶-凝胶方法在碳纤维表面涂覆一层二氧化硅、化学镀镍等方式已经得到良好的实验验证。碳纤维增强镁基复合材料目前已经在航空航天的高精度空间结构材料、汽车工业以及军工制造等领域中显示出巨大的应用前景，主要用作航天器结构材料如卫星天线的桁架结构、航天站的安装板以及航天器的光学测量系统等。以上应用多采用单向碳纤维增强镁基复合材料。为了克服单向材料性能的各向异性等缺点，对二维织物结构镁基复合材料也进行了初步研究，获得了具有径向和纬向热膨胀系数对称的复合材料试样，但对其他性能未能进行深入研究。合金丝、氧化铝纤维增强镁基复合材料起步晚，目前只是处于实验室研制阶段。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种碳纤维与镁基复合材料之间润湿性良好，且镀镍等特殊处理的镁基复合材料，本发明提供了一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法。
技术方案：一种改性碳纤维增强镁基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：三氧化二铝3.2～7.9wt.％、碳纤维12.5～18.9wt.％、铜2.7～6.8wt.％、铁1.5～4.8wt.％、硅酸钠0.2～1.4wt.％、石墨2.1～7.6wt.％、硫酸铜1.2～5.6wt.％、硫酸镁0.9～2.5wt.％、余量为镁。
优选的，三氧化二铝的质量分数百分比为4.5～6.8wt.％。
优选的，碳纤维的质量分数百分比为15.6～17.2wt.％。
优选的，石墨的质量分数百分比为3.5～6.5wt.％。
优选的，镁元素与碳纤维的质量比大于5。
优选的，镁元素与铜元素的质量比大于30。
优选的，镁元素与石墨的质量比大于20。
一种改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)将硫酸铜和硫酸镁溶于1.2～3.5mol/L的硫酸溶液中，完全溶解后加入0.1～0.5倍体积的无水乙醇，混合均匀后加入碳纤维，超声处理2～4小时；
(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40～56℃的烘箱中，去除水分后收集固体粉末；
(3)将纯镁进行熔化，待其熔化一半时加入步骤(2)获得的固体粉末，在680～760℃内保温30～65分钟；
(4)添加三氧化二铝、铜、铁、硅酸钠和石墨后保温搅匀，在760～780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20～40分钟，再加入表面活性剂，在700～720℃撇去表面浮渣，得到镁基复合材料熔体；
(5)对镁基复合材料熔体进行重力铸造，得到镁合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性碳纤维增强镁基复合材料。
优选的，固溶处理的温度为490～530℃，时间为5～16小时。
优选的，时效处理的温度为215～260℃，时间为20～48小时。
有益效果：(1)本发明所述改性碳纤维增强镁基复合材料具有密度低，比强度和比刚度高，同时还具有良好的耐磨性、耐高温性、耐冲击性、优良的减震性能及良好的尺寸稳定性和铸造性能；(2)本发明所述改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法克服了碳纤维与镁基复合材料之间润湿性差的缺陷；(3)本发明所述方法制备工艺简单，成本较低。
具体实施方式
实施例1
一种改性碳纤维增强镁基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：三氧化二铝3.2wt.％、碳纤维12.5wt.％、铜2.7wt.％、铁1.5wt.％、硅酸钠0.2wt.％、石墨2.1wt.％、硫酸铜1.2wt.％、硫酸镁0.9wt.％、余量为镁。
一种改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)将硫酸铜和硫酸镁溶于1.2mol/L的硫酸溶液中，完全溶解后加入0.1倍体积的无水乙醇，混合均匀后加入碳纤维，超声处理2小时；
(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40℃的烘箱中，去除水分后收集固体粉末；
(3)将纯镁进行熔化，待其熔化一半时加入步骤(2)获得的固体粉末，在680℃内保温30分钟；
(4)添加三氧化二铝、铜、铁、硅酸钠和石墨后保温搅匀，在760℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20分钟，再加入表面活性剂，在700℃撇去表面浮渣，得到镁基复合材料熔体；
(5)对镁基复合材料熔体进行重力铸造，得到镁合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性碳纤维增强镁基复合材料。
固溶处理的温度为490℃，时间为5小时。
时效处理的温度为215℃，时间为20小时。
实施例2
一种改性碳纤维增强镁基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：三氧化二铝4.5wt.％、碳纤维14.8wt.％、铜4.2wt.％、铁2.3wt.％、硅酸钠0.5wt.％、石墨3.9wt.％、硫酸铜2.9wt.％、硫酸镁1.2wt.％、余量为镁。
一种改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)将硫酸铜和硫酸镁溶于1.7mol/L的硫酸溶液中，完全溶解后加入0.2倍体积的无水乙醇，混合均匀后加入碳纤维，超声处理3小时；
(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于46℃的烘箱中，去除水分后收集固体粉末；
(3)将纯镁进行熔化，待其熔化一半时加入步骤(2)获得的固体粉末，在700℃内保温40分钟；
(4)添加三氧化二铝、铜、铁、硅酸钠和石墨后保温搅匀，在770℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置25分钟，再加入表面活性剂，在705℃撇去表面浮渣，得到镁基复合材料熔体；
(5)对镁基复合材料熔体进行重力铸造，得到镁合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性碳纤维增强镁基复合材料。
固溶处理的温度为500℃，时间为8小时。
时效处理的温度为226℃，时间为25小时。
实施例3
一种改性碳纤维增强镁基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：三氧化二铝5.6wt.％、碳纤维16.3wt.％、铜5.6wt.％、铁3.2wt.％、硅酸钠1.1wt.％、石墨4.5wt.％、硫酸铜4.1wt.％、硫酸镁1.7wt.％、余量为镁。
一种改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)将硫酸铜和硫酸镁溶于2.8mol/L的硫酸溶液中，完全溶解后加入0.4倍体积的无水乙醇，混合均匀后加入碳纤维，超声处理3小时；
(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于52℃的烘箱中，去除水分后收集固体粉末；
(3)将纯镁进行熔化，待其熔化一半时加入步骤(2)获得的固体粉末，在715℃内保温50分钟；
(4)添加三氧化二铝、铜、铁、硅酸钠和石墨后保温搅匀，在770℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置30分钟，再加入表面活性剂，在710℃撇去表面浮渣，得到镁基复合材料熔体；
(5)对镁基复合材料熔体进行重力铸造，得到镁合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性碳纤维增强镁基复合材料。
固溶处理的温度为515℃，时间为12小时。
时效处理的温度为245℃，时间为32小时。
实施例4
一种改性碳纤维增强镁基复合材料，包含以下各组分，其质量分数百分比为：三氧化二铝7.9wt.％、碳纤维18.9wt.％、铜6.8wt.％、铁4.8wt.％、硅酸钠1.4wt.％、石墨7.6wt.％、硫酸铜5.6wt.％、硫酸镁2.5wt.％、余量为镁。
一种改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)将硫酸铜和硫酸镁溶于3.5mol/L的硫酸溶液中，完全溶解后加入0.5倍体积的无水乙醇，混合均匀后加入碳纤维，超声处理4小时；
(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于56℃的烘箱中，去除水分后收集固体粉末；
(3)将纯镁进行熔化，待其熔化一半时加入步骤(2)获得的固体粉末，在760℃内保温65分钟；
(4)添加三氧化二铝、铜、铁、硅酸钠和石墨后保温搅匀，在780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置40分钟，再加入表面活性剂，在720℃撇去表面浮渣，得到镁基复合材料熔体；
(5)对镁基复合材料熔体进行重力铸造，得到镁合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性碳纤维增强镁基复合材料。
固溶处理的温度为530℃，时间为16小时。
时效处理的温度为260℃，时间为48小时。
对实施例1～4制备获得的改性碳纤维增强镁基复合材料进行性能测试，结果如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
最高使用温度/℃ 545 620 615 598
耐疲劳强度/MPa 1000 1200 1268 1190

Claims (10)

1.一种改性碳纤维增强镁基复合材料，其特征在于，包含以下各组分，其质量分数百分比为：三氧化二铝3.2～7.9wt.％、碳纤维12.5～18.9wt.％、铜2.7～6.8wt.％、铁1.5～4.8wt.％、硅酸钠0.2～1.4wt.％、石墨2.1～7.6wt.％、硫酸铜1.2～5.6wt.％、硫酸镁0.9～2.5wt.％、余量为镁。
2.根据权利要求1所述的一种改性碳纤维增强镁基复合材料，其特征在于，三氧化二铝的质量分数百分比为4.5～6.8wt.％。
3.根据权利要求1所述的一种改性碳纤维增强镁基复合材料，其特征在于，碳纤维的质量分数百分比为15.6～17.2wt.％。
4.根据权利要求1所述的一种改性碳纤维增强镁基复合材料，其特征在于，石墨的质量分数百分比为3.5～6.5wt.％。
5.根据权利要求1所述的一种改性碳纤维增强镁基复合材料，其特征在于，镁元素与碳纤维的质量比大于5。
6.根据权利要求1所述的一种改性碳纤维增强镁基复合材料，其特征在于，镁元素与铜元素的质量比大于30。
7.根据权利要求1所述的一种改性碳纤维增强镁基复合材料，其特征在于，镁元素与石墨的质量比大于20。
8.权利要求1～7所述的一种改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将硫酸铜和硫酸镁溶于1.2～3.5mol/L的硫酸溶液中，完全溶解后加入0.1～0.5倍体积的无水乙醇，混合均匀后加入碳纤维，超声处理2～4小时；
(2)将步骤(1)超声处理后的体系置于40～56℃的烘箱中，去除水分后收集固体粉末；
(3)将纯镁进行熔化，待其熔化一半时加入步骤(2)获得的固体粉末，在680～760℃内保温30～65分钟；
(4)添加三氧化二铝、铜、铁、硅酸钠和石墨后保温搅匀，在760～780℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置20～40分钟，再加入表面活性剂，在700～720℃撇去表面浮渣，得到镁基复合材料熔体；
(5)对镁基复合材料熔体进行重力铸造，得到镁合金铸件；将铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理后即可制得改性碳纤维增强镁基复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，固溶处理的温度为490～530℃，时间为5～16小时。
10.根据权利要求8所述的一种改性碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，时效处理的温度为215～260℃，时间为20～48小时。
CN201710343035.9A 2017-05-16 2017-05-16 一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法 Withdrawn CN107312984A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710343035.9A CN107312984A (zh) 2017-05-16 2017-05-16 一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710343035.9A CN107312984A (zh) 2017-05-16 2017-05-16 一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107312984A true CN107312984A (zh) 2017-11-03

Family

ID=60183582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710343035.9A Withdrawn CN107312984A (zh) 2017-05-16 2017-05-16 一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107312984A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108486507A (zh) * 2018-06-27 2018-09-04 赵云飞 一种碳纤维增强镁基合金材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0922779A1 (fr) * 1997-12-04 1999-06-16 AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle Pièce en matériau composite à matrice métallique à haute rigidité et à grande stabilité dans une direction longitudinale
CN1718834A (zh) * 2005-06-30 2006-01-11 上海交通大学 提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法
CN106282855A (zh) * 2016-09-28 2017-01-04 广州凯耀资产管理有限公司 一种无机晶须增强镁基复合材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0922779A1 (fr) * 1997-12-04 1999-06-16 AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle Pièce en matériau composite à matrice métallique à haute rigidité et à grande stabilité dans une direction longitudinale
CN1718834A (zh) * 2005-06-30 2006-01-11 上海交通大学 提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法
CN106282855A (zh) * 2016-09-28 2017-01-04 广州凯耀资产管理有限公司 一种无机晶须增强镁基复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
唐代明: "《金属材料学》", 30 June 2014 *
王箴: "《化工词典》", 30 April 1985 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108486507A (zh) * 2018-06-27 2018-09-04 赵云飞 一种碳纤维增强镁基合金材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chinnamahammad Bhasha et al. Fabrication and property evaluation of Al 6061+ x%(RHA+ TiC) hybrid metal matrix composite
Alaneme et al. Corrosion behaviour of thermal cycled aluminium hybrid composites reinforced with rice husk ash and silicon carbide
CN103243280B (zh) 一种碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法
CN104848748A (zh) 一种轻质装甲防弹板及其制备方法
CN101463440A (zh) 一种活塞用铝基复合材料及其制备方法
CN104498778A (zh) 高碳化硅含量铝基复合材料及其制备方法
CN110184514A (zh) 一种原位纳米TiC颗粒增强Al-Cu基复合材料及其制备方法
CN104120424B (zh) 铁基激光熔覆粉末及熔覆层制备方法
CN108441791A (zh) 一种碳纤维增强的金属陶瓷基复合材料
CN105483461A (zh) 一种高导热铸造铝合金
CN107267811A (zh) 一种改性碳纳米管增强铝基复合材料及其制备方法
CN110241325A (zh) 一种钛金属化石墨片增强铝基复合材料及其制备方法和应用
CN102373389A (zh) 一种三维编织碳纤维增强镁基复合材料的制备方法
CN111690840B (zh) 一种非晶相硅酸盐颗粒和SiC颗粒增强铝基复合材料及制备
CN108866456A (zh) 一种不锈钢纤维增强铝合金复合材料及其制备方法
CN102534314A (zh) 一种六硼化镧增强铝硅基复合材料及其制备方法
Hu et al. Crack development behavior in thermally sprayed anti-oxidation coating under repeated thermal-oxygen coupling environment
CN107312984A (zh) 一种改性碳纤维增强镁基复合材料及其制备方法
CN108998708B (zh) 石墨烯增强铝镁合金碳化硅复合材料及其制备方法
CN104561845A (zh) 一种用于制备汽车制动盘的铝基复合材料
CN101985715B (zh) 高性能铸造镁合金及其制备方法
CN113698211A (zh) 一种用于熔炼铝锂合金坩埚的涂料及其制备和涂覆方法
CN106735189B (zh) 一种颗粒增强金属基复合材料的熔融金属包覆热等静压制备方法
CN104651655A (zh) 一种石墨增强铝基复合材料制备方法
CN105154724A (zh) 一种碳纳米管增强铝基复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20171103