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短碳纤维增强2024合金复合材料的研究
2024-05-12 17:57:16
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内容提示：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...
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：N i S04 6H 20 309／L，N aI- 12P02 H 20 209／L，柠檬酸钠309／L，醋酸纳209／L，乳酸20m l ／L，添加剂A为2．0m l ／L，pI-I 5．0，施镀时间为20m i n，镀液温度为5512：最佳的碳纤维电镀镍工艺条件：N i S04-6H 20 3509／L，H 3803 409／L，添加剂B为50m l ／L，电流密度0．308A／dm 2，电镀时间5m i n。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 m i n；搅拌速度：1000 r／rai n；线℃；线 h伊a：线m i l l 。试验发现，与其它铝合金不同，添加0．25％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，添加0．25％C．e02即能够克服添加增强相所带来的腐蚀性能的下降，通过阻碍表面点蚀．Ⅲ．
