CN107805768A - 一种低密度铝基复合材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低密度铝基复合材料及其制造方法。一种低密度铝基复合材料，包括以下重量份的组分：碳纤维8‑22重量份、聚丙烯晴4‑10重量份、氯化镁合金颗粒10‑20重量份、石墨粉12‑25重量份、纳米二氧化硅8‑15重量份、石墨烯2‑6重量份。本发明所述低密度铝基复合材料及其制造方法，具有制造方法简单、密度低等优点。发明人前期进行了大量的组分以及用量的筛选实验，意外的发现，本发明的技术方案通过合理的配比以及各组分的组合具有显著的提高强度的效果。在提高铝基复合材料材料的抗腐蚀性能，较大程度的增大了其弹性模量和低膨胀系数的同时，还能做到密度低，成本低，便于推广应用。

Description

一种低密度铝基复合材料及其制造方法
技术领域
本发明属于铝基复合材料制造技术领域，尤其涉及一种低密度铝基复合材料及其制造方法。
背景技术
获得足够的异颗粒增强铝基复合材料，由于具有密度低、铸造性能优异、耐磨性、高比强度、良好的导热、导电性能、热膨胀系数小、等一系列优异性能,具有潜在的应用前景和广阔的市场，颗粒增强的金属基复合材料,相比较纤维增强金属基复合材料具有成本低廉，各向异性小，容易合成。
在制备含有碳纤维、氯化镁合金颗粒增强复合材料时,由于碳纤维、氯化镁合金颗粒与铝合金之间的润湿性很差,制备的工艺要求较高，目前主要有粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法和挤压铸造法。现有工艺制备方法虽然已经成功制造了复合材料，但很难用于工业化生产，对现有工艺的进一步完善和新工艺的开发成为下一步研究工作的主要任务，因此在生产中迫切需要发明一种在一定程度上改善碳纤维、氯化镁合金颗粒与Al润湿性有效方法,本发明用氟盐法盐与碳化硅颗粒进行化学反应制备铝基复合材料，促进碳纤维、氯化镁合金颗粒的渗透,改善了Al熔体对碳纤维、氯化镁合金颗粒的浸润性差问题，能耗低,工艺简单方便操作成本低，可以工业化生产。
高能超声法是一种将纳米颗粒分散至铝合金熔体的有效方法。高能超声法的原理是利用超声波在铝合金熔体中产生的声空化效应和声流效应所引起的力学效应中的搅拌、分散、除气等来促进纳米颗粒混入铝合金熔体，改善纳米颗粒与铝合金熔体间的润湿性，迫使纳米颗粒在铝合金熔体中均匀分散。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种低密度铝基复合材料及其制造方法，以解决上述技术问题的至少一种。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种低密度铝基复合材料，包括以下重量份的组分：碳纤维8-22重量份、聚丙烯晴4-10重量份、氯化镁合金颗粒10-20重量份、石墨粉12-25重量份、纳米二氧化硅8-15重量份、石墨烯2-6重量份。
本发明的有益效果是：本发明所述低密度铝基复合材料及其制造方法，具有制造方法简单、密度低等优点。发明人前期进行了大量的组分以及用量的筛选实验，意外的发现，本发明的技术方案通过合理的配比以及各组分的组合具有显著的提高强度的效果。在提高铝基复合材料材料的抗腐蚀性能，较大程度的增大了其弹性模量和低膨胀系数的同时，还能做到密度低，成本低，便于推广应用。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，包括以下重量份的组分：碳纤维14重量份、聚丙烯晴8重量份、氯化镁合金颗粒12重量份、石墨粉25重量份、纳米二氧化硅10重量份、石墨烯3重量份。
进一步，所述纳米二氧化硅颗粒的粒径为1.0纳米至50纳米。
本发明还提供一种上述低密度铝基复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，首先按质量百分比准备材料，将碳纤维8-22重量份、聚丙烯晴4-10重量份、氯化镁合金颗粒10-20重量份、石墨粉12-25重量份、纳米二氧化硅8-15重量份和石墨烯2-6重量份混合均匀，制得混合原料；
步骤2，将步骤1所得混合原料，升温至660℃～1500℃，再加入炉中充分搅动熔液保温5-100min后，制得混合浆料；
步骤3，将混合浆料经高能超声处理，再将其冷却，得到铝基复合材料。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤3中，所述超声处理的频率为15k赫兹-18k赫兹。
进一步，所述保温时间为15min、40min或60min。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种低密度铝基复合材料，包括以下重量份的组分：碳纤维8-22重量份、聚丙烯晴4-10重量份、氯化镁合金颗粒10-20重量份、石墨粉12-25重量份、纳米二氧化硅8-15重量份、石墨烯2-6重量份。所述纳米二氧化硅颗粒的粒径为1.0纳米至50纳米。制造时，包括以下步骤：步骤1，首先按质量百分比准备材料，将碳纤维8-22重量份、聚丙烯晴4-10重量份、氯化镁合金颗粒10-20重量份、石墨粉12-25重量份、纳米二氧化硅8-15重量份和石墨烯2-6重量份混合均匀，制得混合原料；步骤2，将步骤1所得混合原料，升温至660℃～1500℃，再加入炉中充分搅动熔液保温5-100min后，制得混合浆料；步骤3，将混合浆料经高能超声处理，再将其冷却，得到铝基复合材料。所述步骤3中，所述超声处理的频率为15k赫兹-18k赫兹。所述保温时间为15min、40min或60min。。
相对于现有技术，本发明所述低密度铝基复合材料及其制造方法，具有制造方法简单、密度低等优点。发明人前期进行了大量的组分以及用量的筛选实验，意外的发现，本发明的技术方案通过合理的配比以及各组分的组合具有显著的提高强度的效果。在提高铝基复合材料材料的抗腐蚀性能，较大程度的增大了其弹性模量和低膨胀系数的同时，还能做到密度低，成本低，便于推广应用。
下面通过具体的实施例来进行介绍。
实施例1
一种低密度铝基复合材料，包括以下重量组分：碳纤维2.5kg、、聚丙烯晴0.6kg、氯化镁合金颗粒2kg、石墨粉3.0kg、纳米二氧化硅2.2kg、石墨烯0.2重量份。制造时，按配比称取各组分，一起混匀，所述升温温度为700℃，高能超声的频率为15千赫兹，所述保温时间为15min。制得铝基复合材料材料。
实施例2
一种低密度铝基复合材料，包括以下重量组分：碳纤维2.4kg、、聚丙烯晴0.7kg、氯化镁合金颗粒2.2kg、石墨粉3.2kg、纳米二氧化硅2.0kg、石墨烯0.2重量份。制造时，按配比称取各组分，一起混匀，所述升温温度为700℃，高能超声的频率为15千赫兹，所述保温时间为15min。制得铝基复合材料材料。
实施例3
一种低密度铝基复合材料，包括以下重量组分：碳纤维2.6kg、、聚丙烯晴1.0kg、氯化镁合金颗粒2kg、石墨粉3.8kg、纳米二氧化硅1.8kg、石墨烯0.2重量份。制造时，按配比称取各组分，一起混匀，所述升温温度为700℃，高能超声的频率为15千赫兹，所述保温时间为15min。制得铝基复合材料材料。
对比例1
所述碳纤维3kg、石墨粉0.1kg，其余均与实施例1相同。
对比例2
所述碳纤维0.1kg、石墨粉5kg，其余均与实施例1相同。
对比例3
所述碳纤维3kg、石墨粉5kg，其余均与实施例1相同。
对比例4
所述碳纤维0.1kg、石墨粉0.1kg，其余均与实施例1相同。
效果测试
将实施例1-3及对比例1-4，采用相同的工艺制作成7组铝基复合材料材料。每组随机抽取出0.5kg的铝基复合材料材料进行测试。将铝基复合材料材料均制成长方体状(便于计算其体积)，经测试得出每种铝基合金材料的密度。
测试结果如表1所示。
表1
根据表1中的数据可以看出，本发明的技术方案能够降低铝基复合材料材料的密度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低密度铝基复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：碳纤维8-22重量份、聚丙烯晴4-10重量份、氯化镁合金颗粒10-20重量份、石墨粉12-25重量份、纳米二氧化硅8-15重量份、石墨烯2-6重量份。
2.根据权利要求1所述一种低密度铝基复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：碳纤维14重量份、聚丙烯晴8重量份、氯化镁合金颗粒12重量份、石墨粉25重量份、纳米二氧化硅10重量份、石墨烯3重量份。
3.根据权利要求1所述一种低密度铝基复合材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅颗粒的粒径为1.0纳米至50纳米。
4.一种如权利要求1-3任一项所述低密度铝基复合材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，首先按质量百分比准备材料，将碳纤维8-22重量份、聚丙烯晴4-10重量份、氯化镁合金颗粒10-20重量份、石墨粉12-25重量份、纳米二氧化硅8-15重量份和石墨烯2-6重量份混合均匀，制得混合原料；
步骤2，将步骤1所得混合原料，升温至660℃～1500℃，再加入炉中充分搅动熔液保温5-100min后，制得混合浆料；
步骤3，将混合浆料经高能超声处理，再将其冷却，得到铝基复合材料。
5.根据权利要求4所述一种低密度铝基复合材料的制造方法，其特征在于，所述步骤3中，所述超声处理的频率为15k赫兹-18k赫兹。
6.根据权利要求4所述一种低密度铝基复合材料的制造方法，其特征在于，所述保温时间为15min、40min或60min。
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