CN113088836A - 一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料制备技术领域，一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，包括如下步骤：将碳纤维置于真空环境中，于450℃热处理40分钟，以去除表面胶或污染物，再通过化学镀或磁控溅射方法在碳纤维表面制备铜镍层，从而得到材质均匀表面被铜镍包覆的碳纤维材料；将步骤1中获得的被铜镍包覆的碳纤维材料缠绕在金属基板上，然后用电弧喷涂方法、氩气作为压缩气体，将纯铝喷涂到被铜镍包覆的碳纤维材料上，形成铝包覆碳纤维；将步骤2中获得的铝包覆碳纤维放置到密闭的容器中，施加各向同等的30‑50MPa压力，同时施以100‑300℃加热，在高压和加热的作用下，铝包覆碳纤维得以进一步致密化，使复合材料的性能提高。

Description

一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法。
背景技术
近年来，以金属为基体的复合材料快速发展，此类材料的比强度、比刚度、比模量、高温强度、热膨胀系数等性能要优于普通金属材料，同时还弥补了有机物为基体的复合材料在各个领域使用时存在的缺点，逐步成为了国内外高科技研究的重要组成部分。由于铝的抗氧化性、可加工性较好，比强度高，碳纤维具有较低的密度，较高的弹性模量以及高强度等优点，与铝合金相比，其优良的强度、刚度、导热等性能逐渐被大众熟知。因此，在过去的二十年中，人们对于碳纤维增强铝基复合材料的研究颇为广泛，许多生产企业开始重视这些在航空航天、汽车、电子工业中表现优异的性能。目前国外对碳纤维增强铝基复合材料已经有了丰富的研究成果，大量与连续碳纤维铝基复合材料、短碳纤维增强铝基复合材料相关的研究成果被记入文献。
但是在碳纤维增强铝基复合材料的研究与发展中还存在问题。首先，金属铝和碳纤维在一定温度下会发生化学反应，生成Al4C3，这种脆硬相会使复合材料界面结合过强，从而导致基体中的裂纹直接扩展到碳纤维中。其次，铝液在碳纤维上的润湿性较差，这两个因素都会极大的影响碳纤维增强铝基复合材料的性能。
国内外制备碳纤维增强铝基复合材料，例如中国专利：一种碳纤维表面电镀铜镍镶嵌式复合涂层制备方法及应用(公开号CN107794554A)通常使用粉末冶金法、真空压力渗浸法、挤压铸造法，这些加工方式通常伴随高温高压，并且操作流程比较复杂。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法，该方法可以快速制备铝涂层，在增强碳纤维和铝涂层润湿性的同时还减少了脆硬相Al4C3的生成，使复合材料的性能提高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，包括如下步骤：
步骤1、将碳纤维置于真空环境中，于450℃热处理40分钟，以去除表面胶或污染物，再通过化学镀或磁控溅射方法在碳纤维表面制备铜镍层，从而得到材质均匀表面被铜镍包覆的碳纤维材料；
步骤2、将步骤1中获得的被铜镍包覆的碳纤维材料缠绕在金属基体板上，然后用电弧喷涂方法、氩气作为压缩气体，将纯铝喷涂到被铜镍包覆的碳纤维材料上，形成铝包覆碳纤维；
步骤3、将步骤2中获得的铝包覆碳纤维放置到密闭的容器中，施加各向同等的30-50MPa压力，同时施以100-300℃加热，在高压和加热的作用下，铝包覆碳纤维得以进一步致密化；
步骤4、将多余的碳纤维和基板切掉。
作为优选的，在步骤1中，使用3K碳纤维。
作为优选的，在步骤1中，碳纤维热处理后进行预处理，所述预处理包括除油处理、粗化处理、中和处理、敏化处理、活化处理和还原处理，每一处理工艺之间均用清水冲洗。
作为优选的，在步骤2中，所述电弧喷涂方法中，喷涂电压24V，喷涂距离200mm，利用氩气在室温下进行喷涂，以提高整体复合材料的强度。
作为优选的，在步骤2中，采用逐层叠加的方法缠绕碳纤维，且每层交错90°。
作为优选的，在步骤2中，使用金属板作为基体板，通过电弧喷涂在基体板上预制出铝涂层。
作为优选的，所述铝涂层的厚度为1.5mm。
作为优选的，在步骤2中，将步骤1中获得的被铜镍包覆的碳纤维材料分散到5mm宽后再缠绕在金属基体板上。
使用本发明的有益效果是：
1、该发明提供了一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，通过电弧喷涂制备碳纤维镀铜镍的铝基复合材料，沉积效率高、时间短。
2、其次，450℃加热40分钟的提前热处理碳纤维可以有效的提高碳纤维与铝涂层间的润湿性和去除碳纤维的表面胶及杂质，使碳纤维表面粗糙化。经过热处理制成的碳纤维镀铜镍增强铝基复合材料的微观结构表明碳纤维外围被铝浸润包裹，而碳纤维的内部却没有完全被半熔融态的铝浸润。
3、在电弧喷涂的过程中会有较高的动能和热能，铝液和碳纤维之间不良润湿性会被这两种能量弥补，使铝液渗透到碳纤维束的外围。在碳纤维的外围结合处基本没有裂纹。
4、经过镀铜镍的碳纤维铝基复合材料的维氏硬度为132.4HV，抗拉强度为123.7MPa。利用热等静压方法，在高压和加热的作用下，可以使制备出的复合材料得以进一步致密化，从而实现了缩减孔隙，增强铝基复合材料强度的目的。
附图说明
图1为本发明电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法中450℃热处理40分钟的碳纤维形貌。
图2为本发明电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法中镀铜镍后碳纤维形貌。
图3为本发明电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法中镀铜镍碳纤维制备的铝基复合材料的形貌。
图4为本发明电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法中碳纤维铝基复合材料及纯铝基的硬度对比图。
图5为本发明电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法中碳纤维铝基复合材料及纯铝基的应力应变对比图。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
实施例1
如图1-图5所示，本实施例提出一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将碳纤维置于真空环境中，于450℃热处理40分钟，以去除表面胶或污染物，再通过化学镀或磁控溅射方法在碳纤维表面制备铜镍层，从而得到材质均匀表面被铜镍包覆的碳纤维材料；步骤2、将步骤1中获得的被铜镍包覆的碳纤维材料缠绕在金属基体板上，然后用电弧喷涂方法、氩气作为压缩气体，将纯铝喷涂到被铜镍包覆的碳纤维材料上，形成铝包覆碳纤维；步骤3、将步骤2中获得的铝包覆碳纤维放置到密闭的容器中，施加各向同等的30-50MPa压力，同时施以100-300℃加热，在高压和加热的作用下，铝包覆碳纤维得以进一步致密化。
在步骤1中，碳纤维热处理后进行预处理，所述预处理包括除油处理、粗化处理、中和处理、敏化处理、活化处理和还原处理，每一处理工艺之间均用清水冲洗。
在步骤2中，所述电弧喷涂方法中，喷涂电压24V，喷涂距离200mm，利用氩气在室温下进行喷涂，以提高整体复合材料的强度。在步骤2中，采用逐层叠加的方法缠绕碳纤维，且每层交错90°。在步骤2中，使用金属板作为基体板，通过电弧喷涂在基体板上预制出铝涂层。铝涂层的厚度为1.5mm。
在步骤2中，将步骤1中获得的被铜镍包覆的碳纤维材料分散到5mm宽后再缠绕在金属基体板上。
本方法的具体步骤如下：
选用纯铝作为基体材料，制备预置涂层，首先使用电弧喷涂在基体板上喷涂出厚度约为1.5mm的涂层，形成基板后备用。
热处理3K碳纤维，在真空中于450℃热处理40分钟，以去除表面胶或污染物，提高碳纤维与铝液间的润湿性和去除碳纤维的表面胶及杂质，使碳纤维表面粗糙化，为后续的化学镀铜镍或磁控溅射铜镍做准备。
将碳纤维进行预处理，使碳纤维表面积增加，因此铜镍会更好的沉积到碳纤维的表面。化学镀前，首先将碳纤维进行预处理，使碳纤维表面积增加，因此铜镍会更好的沉积到碳纤维的表面。预处理包括除油、粗化、中和、敏化、活化、还原六步，每一步之间都要用清水冲洗。
镀铜镍可采用两种，化学镀铜镍：采用化学镀方法制备的铜镍层有利于后期的电弧喷涂铝涂层与碳纤维结合。磁控溅射铜镍层：为进一步降低Cu3Al2化合物相出现，也可以采用磁控溅射方法制备铜镍层，这种薄涂层可以提高电弧喷涂铝涂层与碳纤维的结合。
将热处理和镀铜镍后的碳纤维分散到5mm宽，缠绕在基板涂层上，缠绕时需保证碳纤维每层相差90度，制备到一定高度满足需要后，然后将铝喷涂到带有碳纤维的涂层上，喷涂电流150A，喷涂电压24V，喷涂距离200mm，在室温下用氩气作为压缩气体进行喷涂，形成满足要求的复合材料后，再将多余的碳纤维和基板切掉。
可以选用热等静压方法，将复合材料放置到密闭的容器中，施加各向同等的30-50MPa压力，同时施以100-300℃加热，在高压和加热的作用下，得以进一步致密化，从而实现了缩减孔隙，增强铝基复合材料强度的目的。
电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的检测以及实验过程如下：
使用真空热处理电阻炉，设置加热温度为480℃，保温时间为40分钟，将3k碳纤维置于真空热处理电阻炉内热处理，以除去表面胶水或污染物。在热场扫描电镜(SU8010，Hitachi，Japan)下观察热处理后的碳纤维形貌、化学镀铜镍后的碳纤维形貌以及利用电弧喷涂后的碳纤维铝基复合材料的微观组织。使用HVS-5显微硬度测试计加载力为2N，加载时间为10s，测试材料的显微硬度。在万能试验机进行拉伸性能的检测。
由图1、图2可见，经过热处理的碳纤维表面变得粗糙。镀铜镍的碳纤维经过预处理后表面也被粗糙化，比表面积增加，铜镍与碳纤维之间结合紧密，单根碳纤维上的铜镍镀层较为均匀，没有裂纹和破损。
由图3可知，可以看出镀铜镍的碳纤维与铝的结合更紧密，这是因为碳纤维表面的铜镍镀层增加了碳纤维和铝的润湿性，同时在高动能和热能的作用下，复合材料结合的相对更好。镀铜镍碳纤维周边的界面形貌，可以观察到碳纤维和铜镍镀层结合良好，镀铜镍碳纤维基本被铝涂层包裹。表1、2分别为碳纤维表面铜镍层元素和镀铜镍碳纤维周边基体元素的能谱检测结果的元素占比，从表1中可以看出铜镍镀层上有少量的碳元素和铝元素，说明由于喷涂时间较短，在热喷涂的温度下几乎没有CuAl2的生成。表2为镀铜镍碳纤维周边基体元素的元素占比，Al的质量百分含量为91.48％，说明喷涂后在镀铜镍碳纤维周围几乎没有明显的Al4C3生成。
表1碳纤维表面铜镍层元素
Figure BDA0002983030510000071
表2镀铜镍碳纤维周边基体元素
Figure BDA0002983030510000072
由图4可知，纯铝涂层和碳纤维铝基复合材料的维氏硬度测量数据，镀铜镍碳纤维复合材料选择在碳纤维束边界润湿部分进行硬度测量。结果表明，纯铝涂层的平均硬度为27.1HV，而碳纤维铝基复合材料的硬度明显升高为132.4HV。这是因为复合材料中碳纤维的周边部分具有良好的相互扩散性，同时碳纤维与Al之间结合较好。镀铜镍碳纤维复合材料的硬度提升的主要原因是碳纤维表面的铜镍硬度比铝高，同时，铜镍无限固溶，Cu-Ni合金常温下为α单相固溶体。碳纤维镀铜镍后铝基与铜镍、铜镍与碳纤维之间结合程度提高，同时扩散性提高。
由图5可知，纯铝基体的抗拉强度为78.8Mpa,延伸率为15.3％。通过化学镀铜镍的碳纤维铝基复合材料的抗拉强度为123.7MPa，延伸率为8.97％。相比较于纯铝基体抗拉强度明显提升，为纯铝基体的1.57倍，但延伸率相较于纯铝基体材料有所下降。抗拉强度的提高主要由于电弧喷涂工艺特点，后面颗粒撞击前面颗粒，起到动能叠加的效果。同时碳纤维采用逐层缠绕的方式，使整体强度提升。其次，碳纤维和铜镍镀层结合良好，镀铜镍碳纤维基本全部被铝涂层包裹。镀铜镍碳纤维与铝的结合紧密，碳纤维表面的铜镍镀层增加了碳纤维和铝的润湿性，同时在高动能和热能的作用下，复合材料结合的相对更好。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将碳纤维置于真空环境中，于450℃热处理40分钟，以去除表面胶或污染物，再通过化学镀或磁控溅射方法在碳纤维表面制备铜镍层，从而得到材质均匀表面被铜镍包覆的碳纤维材料；
步骤2、将步骤1中获得的被铜镍包覆的碳纤维材料缠绕在金属基板上，然后用电弧喷涂方法、氩气作为压缩气体，将纯铝喷涂到被铜镍包覆的碳纤维材料上，形成铝包覆碳纤维；
步骤3、将步骤2中获得的铝包覆碳纤维放置到密闭的容器中，施加各向同等的30-50MPa压力，同时施以100-300℃加热，在高压和加热的作用下，铝包覆碳纤维得以进一步致密化；
步骤4、将多余的碳纤维和基板切掉。
2.根据权利要求1所述的电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，其特征在于：在步骤1中，使用3K碳纤维。
3.根据权利要求1所述的电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，其特征在于：在步骤1中，碳纤维热处理后进行预处理，所述预处理包括除油处理、粗化处理、中和处理、敏化处理、活化处理和还原处理，每一处理工艺之间均用清水冲洗。
4.根据权利要求1所述的电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，其特征在于：在步骤2中，所述电弧喷涂方法中，喷涂电压24V，喷涂距离200mm，利用氩气在室温下进行喷涂，以提高整体复合材料的强度。
5.根据权利要求1所述的电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，其特征在于：在步骤2中，采用逐层叠加的方法缠绕碳纤维，且每层交错90°。
6.根据权利要求1所述的电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，其特征在于：在步骤2中，使用金属板作为基体板，通过电弧喷涂在基体板上预制出铝涂层。
7.根据权利要求6所述的电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，其特征在于：所述铝涂层的厚度为1.5mm。
8.根据权利要求1所述的电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料方法，其特征在于：在步骤2中，将步骤1中获得的被铜镍包覆的碳纤维材料分散到5mm宽后再缠绕在金属基体板上。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114272852A (zh) * 2021-12-30 2022-04-05 郑立 一种碳纤维增强高温高压反应容器及其加工方法
CN115044843A (zh) * 2022-06-29 2022-09-13 东北大学 一种轧制态碳纤维增强铝合金复合材料的制备方法
EP4202073A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-28 Spirit AeroSystems, Inc. Method for manufacturing metal matrix composite parts

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1129830A (ja) * 1997-07-11 1999-02-02 Agency Of Ind Science & Technol 微細構造の制御された繊維を用いた繊維強化複合材料
CN107488819A (zh) * 2017-08-14 2017-12-19 无锡市永兴金属软管有限公司 一种碳纤维增强铝基复合材料的制备方法
CN107794554A (zh) * 2017-10-09 2018-03-13 大连理工大学 一种碳纤维表面电镀铜镍镶嵌式复合涂层制备方法及应用
CN112301736A (zh) * 2020-11-18 2021-02-02 沈阳工业大学 一种短碳纤维表面铜-锡复合涂层的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1129830A (ja) * 1997-07-11 1999-02-02 Agency Of Ind Science & Technol 微細構造の制御された繊維を用いた繊維強化複合材料
CN107488819A (zh) * 2017-08-14 2017-12-19 无锡市永兴金属软管有限公司 一种碳纤维增强铝基复合材料的制备方法
CN107794554A (zh) * 2017-10-09 2018-03-13 大连理工大学 一种碳纤维表面电镀铜镍镶嵌式复合涂层制备方法及应用
CN112301736A (zh) * 2020-11-18 2021-02-02 沈阳工业大学 一种短碳纤维表面铜-锡复合涂层的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DONG SHUHAN ET AL.: "Improved Friction and Wear Properties of A16061-Matrix Composites Reinforced by Cu-Ni Double-Layer-Coated Carbon Fibers", 《METALS》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4202073A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-28 Spirit AeroSystems, Inc. Method for manufacturing metal matrix composite parts
US12017297B2 (en) 2021-12-22 2024-06-25 Spirit Aerosystems, Inc. Method for manufacturing metal matrix composite parts
CN114272852A (zh) * 2021-12-30 2022-04-05 郑立 一种碳纤维增强高温高压反应容器及其加工方法
CN114272852B (zh) * 2021-12-30 2024-06-04 郑立 一种碳纤维增强高温高压反应容器及其加工方法
CN115044843A (zh) * 2022-06-29 2022-09-13 东北大学 一种轧制态碳纤维增强铝合金复合材料的制备方法
CN115044843B (zh) * 2022-06-29 2023-09-22 东北大学 一种轧制态碳纤维增强铝合金复合材料的制备方法

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