短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、近十幾年來，航空航天、自動(dòng)化和體育產(chǎn)品工業(yè)的發(fā)展極大推動(dòng)了金屬基復(fù)合材料的研究和應(yīng)用，使金屬基復(fù)合材料顯示出越來越強(qiáng)大的生命力。非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料由于具有高強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量、耐高溫、良好的抗磨損能力及尺寸穩(wěn)定性等特點(diǎn)，成為金屬基復(fù)合材料的一個(gè)重要發(fā)展方向。以短碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料為代表的非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、力學(xué)性能優(yōu)良和易加工變形等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為金屬基復(fù)合材料的一個(gè)重要分支。短碳纖維增強(qiáng)鋁

2、基復(fù)合材料的制備方法主要集中在粉末冶金法、壓力浸滲法和擠壓鑄造法。攪拌鑄造法由于其工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，越來越受到重視。本文選擇使用鋁合金作為基體材料，采用攪拌鑄造法制備出短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
　　試驗(yàn)采用熔體攪拌鑄造法制備鋁基復(fù)合材料，結(jié)合鑄造出復(fù)合材料的組織和性能，確定工藝參數(shù)如下:攪拌溫度控制在740℃;攪拌時(shí)間:4-6min;真空爐溫度:750℃;真空度:0.02～0.04MPa;除氣時(shí)間:4min。制備過程中，采用上

3、平下斜漿葉進(jìn)行攪拌，既可避免卷入大量氣體，又可使碳纖維分散均勻。
　　采用掃描電鏡對(duì)界面狀況進(jìn)行觀察，從表觀上看采用攪拌鑄造法制備的復(fù)合材料，碳纖維與合金基體之間結(jié)合緊密，碳纖維無傷損，說明碳纖維表面鍍銅層解決了碳纖維與鋁熔體表面不浸潤(rùn)的問題，使碳纖維與鋁基體結(jié)合良好，這對(duì)提高碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能起到了很大的作用。
　　根據(jù)短纖維增強(qiáng)機(jī)理，本文從碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)、碳纖維長(zhǎng)度和保溫時(shí)間三方面分析了碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的

4、組織和性能，結(jié)果表明，攪拌真空鑄造法制備復(fù)合材料過程中，碳纖維含量為6％，短纖維長(zhǎng)度為2mm，保溫時(shí)間為20min時(shí)，復(fù)合材料中碳纖維與基體結(jié)合緊密，力學(xué)性能比較好。復(fù)合材料疲勞測(cè)試發(fā)現(xiàn)，添加碳纖維的復(fù)合材料在5×106循環(huán)周次下的抗疲勞強(qiáng)度比基體合金提高了29％，結(jié)合掃描電鏡分析，可知碳纖維的加入能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，提高復(fù)合材料的抗疲勞性能。復(fù)合材料的耐磨性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的磨損分為三個(gè)階段，即快速磨損期、平穩(wěn)期和不穩(wěn)定磨損期