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　　东北大学博士学位论文摘要短碳纤维增强2024合金复合材料的研究摘要非连续增强金属基复合材料由于具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、良好的抗磨损能力及尺寸稳定性等优点,成为金属基复合材料的一个重要发展方向,在航空、航天、国防及汽车工业等领域有广阔的应用前景。随着碳纤维制造技术的进步和性能价格比的提高,碳纤维增强铝基复合材料逐渐受到科研工作者的重视,短碳纤维增强铝基复合材料的研究和应用也不断发展,目前短碳纤维增强铝基复合材料的制备方法主要集中在粉末冶金法、压力浸渗法和挤压铸造法,存在制件小、成本高的缺点。搅拌铸造法由于其工艺简单、成本低廉,越来越受到重视。本文选择广为使用的硬铝合金2024作为基体材料,采用搅拌铸造法制备出高质量的短碳纤维增强2024合金复合材料。本文首先从改善纤维与铝之间的复合界面着手,通过碳纤维表面镀镍以改善碳纤维与2024合金之间的润湿性。针对文献报导中碳纤维镀镍工艺存在的不足,本试验自行配制了添加剂A和添加剂B。前者由苯磺酸类和烷基硫酸类盐组成,使化学镀镍的碳纤维表面平整、光亮、镀层致密、结合力高;后者包括炔类化合物、苯磺酸类和烷基硫酸类盐,明显提高电镀镍工艺中镀液的使用寿命,降低了阳极表面处理次数,提高了镀层质量,镍镀层光亮,平整、柔软。通过试验,得出最佳的碳纤维化学镀镍工艺条件: NiS046H20 309/L,NaI-12P02H20 209/L,柠檬酸钠309/L,醋酸纳209/L,乳酸20ml/L, ,pI-I ,施镀时间为20min,镀液温度为5512:最佳的碳纤维电镀镍工艺条件:NiS04-6H20 3509/L,H3803 409/L,添加剂B为50ml/L,电流密度 ,电镀时间5min。本试验针对搅拌铸造法制备复合材料存在孔隙率偏高的缺点对工艺进行了重要的改进,即在浇铸前采用真空除气法以降低复合材料的孔隙率,取得了明显的效果。试验研究了真空度、真空除气时间对复合材料孔隙率的影响,并且分别考察了搅拌温度、搅拌时间、搅拌速度对制备优质复合材料的影响,根据搅拌动力学机制及结合铸造出复合材料的组织和性能,获得最佳工艺条件参数:搅拌温度:750(2;搅拌时间:5 min;搅拌速度:1000 r/rain;线℃;真空度::线 mill。试验发现,与其它铝合金不同,%Ce02即能够对基体合金起到细化晶粒, 强化基体的作用,适量的Ceth不仅能够提高复合材料熔体的运动粘度,使碳纤维上浮速度减小,而且还促进铝基体与碳纤维的润湿,减少碳纤维的团聚现象,从而使碳纤维均匀地分布在复合材料中;同时添加适量的Ce02能够使复合材料孔隙率相应减小,使复合材料的抗拉强度、屈服强度得到提高,复合材料的塑性稍有下降。腐蚀试验证明, %,通过阻碍表面点蚀.Ⅲ. 东北大学博士学位论文摘要行为、抑制析氢反应的发生,使复合材料的腐蚀电位与2024合金相比略有提高。根据短纤维增强机理和三元相图,本文从镀镍层厚度、碳纤维质量分数、碳纤维长度三方面考察了Cf/2024合金复合材料的组织和性能,结果表明,搅拌真空铸造法制备复合材料过程中,,碳纤维添加量为4%,短纤维长度为2~3mm 时,复合材料中碳纤维与基体结合紧密,力学性能最好。复合材料疲劳测试发现,添加碳纤维的复合材料在5x106循环周次下的抗疲劳强度比基体合金提高了35%,结合扫描电镜分析,可知碳纤维的加入能够阻止疲劳裂纹的扩展,提高复合材料的抗疲劳性能,添加剂Ce02也有利于提高基体和复合材料的抗疲劳性能。采用透射电镜对界面状况进行观察,从表观上看采用搅拌真空铸造法制备的复合材料中,碳纤维与合金基体之问结合紧密,镀镍层发生溶解,界面上未生成大量的Al-Ni 组成的物相。与一般文献报导不同,本文发现在界面上存在c向舢合金基体发生扩散的现象,扩散层厚度大约40rim,而且在扩散过程中未生成明确化学计量比的碳铝化合物。碳纤维与铝基体在界面处以机械和扩散两种方式相结合。复合材料轧制挤压试验表明,复合材料轧制过程中,轧制温度必须严格控制在420 460℃之间,需遵循多道次小压下量的原则,初始和终了道次压下量不宜过大。复合材料挤压温度控制在400~460℃之间,本试验过程中挤压筒和模具温度都保持为450℃, 参照基体合金的变形能力,本试验选取35ram/s(棒材运动速度)。轧制挤压处理后复合材料的强度、硬度都明显提高,在相同热处理条件下,挤压态复合材料强度、硬度性能比轧制态好。与退火态2024合金(退火温度420℃,保温时间60min,冷却速度不大于30℃m,冷却至260以下,空冷。)相比