鍍鎳碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、比剛度以及良好的高溫性能和尺寸穩(wěn)定性，在高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。然而，碳纖維與鋁液的濕潤(rùn)性差及高溫下與鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一直是該復(fù)合材料制造過(guò)程中的主要障礙。為解決這些問(wèn)題，目前較有成效的方法是在碳纖維表面鍍一層金屬或難熔的碳化物，來(lái)改善碳纖維與鋁液的濕潤(rùn)性，抑制其與鋁界面間的化學(xué)反應(yīng)。由于鎳的重量較輕，鍍層質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，不但能改善碳纖維與鋁液之間的濕潤(rùn)性，而且還能抑制有害的界面反應(yīng)，因此碳纖維表面

2、鍍鎳是一種簡(jiǎn)單易行的改善纖維表面特性的方法。鍍鎳的方法很多，其中化學(xué)鍍鎳和電鍍鎳由于其工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、容易操作等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。 針對(duì)目前碳纖維鍍鎳工藝存在的不足及鍍層質(zhì)量差，且有漏鍍現(xiàn)象等缺點(diǎn)，本文通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究，找到了最佳的碳纖維化學(xué)鍍鎳和電鍍鎳工藝，成功的得到了均勻致密、光亮、結(jié)合力好的鎳鍍層。 本文通過(guò)L<,16>(4<'5>)正交實(shí)驗(yàn)及一系列單因素實(shí)驗(yàn)，研究了不同工藝條件對(duì)化學(xué)鍍鍍層質(zhì)量及鍍液穩(wěn)定性的影

3、響，篩選出碳纖維表面化學(xué)鍍鎳的最佳工藝條件。其中鍍液pH值，施鍍時(shí)間及溫度是影響化學(xué)鍍鍍液穩(wěn)定性及鎳鍍層質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文還通過(guò)L<,9>(3<'4>)正交實(shí)驗(yàn)及單因素實(shí)驗(yàn)，探討了碳纖維表面電鍍鎳的最佳工藝條件，其中電流密度及電鍍時(shí)間對(duì)鍍層質(zhì)量的影響極為重要。 本實(shí)驗(yàn)在化學(xué)鍍鎳工藝中加入由苯磺酸類(lèi)和烷基硫酸類(lèi)鹽組成的添加劑A，在電鍍鎳工藝中加入由氯化鈉、炔類(lèi)化合物、苯磺酸類(lèi)和烷基硫酸類(lèi)鹽組成的添加劑B，效果均非常明顯，明顯提高

4、了鍍液的穩(wěn)定性及鍍層質(zhì)量，細(xì)化了晶粒，得到的鎳鍍層光亮、平整、柔軟、致密且結(jié)合力好。 本文采用攪拌鑄造法制備鍍鎳短碳纖維增強(qiáng)2024鋁合金基復(fù)合材料。針對(duì)目前攪拌鑄造法制備復(fù)合材料存在孔隙率偏高的缺點(diǎn)進(jìn)行了重要的改進(jìn)，即在澆鑄前采用真空除氣法以降低復(fù)合材料的孔隙率，取得了明顯的效果。實(shí)驗(yàn)研究了真空度、真空除氣時(shí)間對(duì)復(fù)合材料孔隙率的影響，并且分別考察了攪拌溫度、攪拌時(shí)間、攪拌速度對(duì)制備優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料的影響，根據(jù)攪拌動(dòng)力學(xué)機(jī)制并對(duì)本實(shí)

5、驗(yàn)制備的復(fù)合材料的組織和性能進(jìn)行分析，獲得了最佳鑄造工藝條件參數(shù)：攪拌溫度：750℃，攪拌時(shí)間：5 min，攪拌速度：1000 r/min，真空爐溫度：750℃，真空度：0.02 MPa，真空除氣時(shí)間：2 min。 根據(jù)短纖維增強(qiáng)機(jī)理和三元相圖，本文從鍍鎳層厚度、碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)、碳纖維長(zhǎng)度三方面考察了C<,f>/2024合金復(fù)合材料的組織和性能，結(jié)果表明，攪拌真空鑄造法制備復(fù)合材料過(guò)程中，當(dāng)鍍鎳層厚度為0.70μm，碳纖維添加量

6、為4％，短纖維長(zhǎng)度為2～3mm時(shí)，復(fù)合材料中碳纖維與基體結(jié)合緊密，力學(xué)性能最好。 采用透射電鏡對(duì)界面狀況進(jìn)行觀察，從表觀上看采用攪拌真空鑄造法制備的復(fù)合材料中，碳纖維與鋁合金基體之間結(jié)合緊密，鍍鎳層發(fā)生溶解，界面上未生成大量的Al-Ni組成的物相。與一般文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)不同，本文發(fā)現(xiàn)在界面上存在C向Al合金基體發(fā)生擴(kuò)散的現(xiàn)象，擴(kuò)散層厚度大約40nm，而且在擴(kuò)散過(guò)程中未生成明確化學(xué)計(jì)量比的碳鋁化合物。碳纖維與鋁基體在界面處以擴(kuò)散的方式相結(jié)