CN107815623A - 一种耐疲劳铝基复合材料及其制造方法 - Google Patents

一种耐疲劳铝基复合材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐疲劳铝基复合材料及其制造方法。一种耐疲劳铝基复合材料，包括以下重量份的组分：碳纤维5‑25重量份、纳米二氧化钛3‑12重量份、铝粉18‑35重量份、白炭黑10‑30重量份、纳米二氧化硅8‑15重量份、SiC 10‑30重量份。本发明所述铝基复合材料及其制造方法，具有制造方法简单、耐疲劳等优点。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耐疲劳的效果。提高了铝基复合材料材料的耐疲劳性能和良好的塑性，较大程度的增大了其弹性模量，并降低了膨胀系数，成本低，便于推广应用。

Description

一种耐疲劳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，尤其涉及一种耐疲劳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、铝粉增强复合材料时,由于碳纤维、铝粉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、铝粉与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、铝粉的渗透,改善了Al熔体对碳纤维、铝粉的浸润性差问题，能耗低,工艺简单方便操作成本低，可以工业化生产。
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，提供一种耐疲劳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：一种耐疲劳铝基复合材料，包括以下重量份的组分：碳纤维5-25重量份、纳米二氧化钛3-12重量份、铝粉18-35重量份、白炭黑10-30重量份、纳米二氧化硅8-15重量份、SiC10-30重量份。
本发明的有益效果是：本发明所述铝基复合材料及其制造方法，具有制造方法简单、耐疲劳等优点。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耐疲劳的效果。提高了铝基复合材料材料的耐疲劳性能和良好的塑性，较大程度的增大了其弹性模量，并降低了膨胀系数，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、纳米二氧化钛8重量份、铝粉12重量份、白炭黑25重量份、纳米二氧化硅10重量份、SiC15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耐疲劳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5-25重量份、纳米二氧化钛3-12重量份、铝粉18-35重量份、白炭黑10-30重量份、纳米二氧化硅8-15重量份、SiC 10-30重量份混合均匀；
步骤2，在熔化炉中将纯铝或铝合金熔化，升温至660℃～1500℃后将上述混合粉状原料占铝熔体重量1％-100％两种粉状混合原料或者几种混合原料加入炉中充分搅动熔液保温5-100min后，得到液态浆料；
步骤3，冷却液态浆料，制得铝基复合材料。
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，所述升温温度为700℃、900℃或1100℃。
进一步，加入所述纳米二氧化硅颗粒的方式为连续加入，且加入速度相同。
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。
一种耐疲劳铝基复合材料，包括以下重量份的组分：碳纤维5-25重量份、纳米二氧化钛3-12重量份、铝粉18-35重量份、白炭黑10-30重量份、纳米二氧化硅8-15重量份、SiC10-30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5-25重量份、纳米二氧化钛3-12重量份、铝粉18-35重量份、白炭黑10-30重量份、纳米二氧化硅8-15重量份、SiC 10-30重量份混合均匀；步骤2，在熔化炉中将纯铝或铝合金熔化，升温至660℃～1500℃后将上述混合粉状原料占铝熔体重量1％-100％两种粉状混合原料或者几种混合原料加入炉中充分搅动熔液保温5-100min后，得到液态浆料；步骤3，冷却液态浆料，制得铝基复合材料。所述升温温度为700℃、900℃或1100℃。加入所述纳米二氧化硅颗粒的方式为连续加入，且加入速度相同。
相对于现有技术，本发明所述铝基复合材料及其制造方法，具有制造方法简单、耐疲劳等优点。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耐疲劳的效果。提高了铝基复合材料材料的耐疲劳性能和良好的塑性，较大程度的增大了其弹性模量，并降低了膨胀系数，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
一种耐疲劳铝基复合材料，包括以下重量组分：碳纤维2.1kg、、纳米二氧化钛0.7kg、铝粉1.4kg、白炭黑2.0kg、纳米二氧化硅1.2kg、SiC 1.5kg。制造时，按配比称取各组分，一起混匀，所述升温温度为700℃，所述保温时间为15min。制得铝基复合材料材料。
实施例2
一种耐疲劳铝基复合材料，包括以下重量组分：碳纤维2.2kg、、纳米二氧化钛0.9kg、铝粉1.6kg、白炭黑2.1kg、纳米二氧化硅1.0kg、SiC 1.5kg。制造时，按配比称取各组分，一起混匀，所述升温温度为700℃，所述保温时间为15min。制得铝基复合材料材料。
实施例3
一种耐疲劳铝基复合材料，包括以下重量组分：碳纤维2.3kg、、纳米二氧化钛1.0kg、铝粉1.2kg、白炭黑1.8kg、纳米二氧化硅0.8kg、SiC 1.5kg。制造时，按配比称取各组分，一起混匀，所述升温温度为700℃，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、纳米二氧化钛0.1kg，其余均与实施例1相同。
对比例2
所述碳纤维0.1kg、纳米二氧化钛5kg，其余均与实施例1相同。
对比例3
所述碳纤维3kg、纳米二氧化钛5kg，其余均与实施例1相同。
对比例4
所述碳纤维0.1kg、纳米二氧化钛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，制成高为1分米的方块进行测试。将铝基复合材料材料放在平台上，一端固定，另一端采用500N的纵向拉力复合材料向外拉伸，每次持续1min，共三次。三次后，测量其长度值，计算长度形变量。
测试结果如表1所示。
表1
长度形变量(％)
实施例1 108.1
实施例2 110.2
实施例3 112.3
对比例1 125.9
对比例2 120.3
对比例3 118.3
对比例4 122.8
根据表1中的数据可以看出，本发明的技术方案能够提高铝基复合材料材料的耐疲劳性能。
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)

1.一种耐疲劳铝基复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：碳纤维5-25重量份、纳米二氧化钛3-12重量份、铝粉18-35重量份、白炭黑10-30重量份、纳米二氧化硅8-15重量份、SiC 10-30重量份。
2.根据权利要求1所述一种耐疲劳铝基复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：碳纤维14重量份、纳米二氧化钛8重量份、铝粉12重量份、白炭黑25重量份、纳米二氧化硅10重量份、SiC 15重量份。
3.根据权利要求1所述一种耐疲劳铝基复合材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅颗粒的粒径为1.0纳米至100纳米。
4.一种如权利要求1-3任一项所述耐疲劳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5-25重量份、纳米二氧化钛3-12重量份、铝粉18-35重量份、白炭黑10-30重量份、纳米二氧化硅8-15重量份、SiC 10-30重量份混合均匀；
步骤2，在熔化炉中将纯铝或铝合金熔化，升温至660℃～1500℃后将上述混合粉状原料占铝熔体重量1％-100％两种粉状混合原料或者几种混合原料加入炉中充分搅动熔液保温5-100min后，得到液态浆料；
步骤3，冷却液态浆料，制得铝基复合材料。
5.根据权利要求4所述一种耐疲劳铝基复合材料的制造方法，其特征在于，所述升温温度为700℃、900℃或1100℃。
6.根据权利要求4所述一种耐疲劳铝基复合材料的制造方法，其特征在于，加入所述纳米二氧化硅颗粒的方式为连续加入，且加入速度相同。
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