机械搅拌法制备短碳纤维增强铝基复合材料的研究

发布时间：2017-05-16 02:17

  本文关键词：机械搅拌法制备短碳纤维增强铝基复合材料的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纤维增强铝基(Cf/Al)复合材料具有良好的力学性能,并且被应用广泛。碳纤维与铝液在制备过程中会发生化学反应,生成A14C3脆性相。当温度低于1000℃时,碳纤维与铝液的接触角为135 140°,导致铝液与碳纤维结合差,因此考虑在碳纤维表面镀金属镀层来改善其浸润性和防止碳纤维与铝液直接接触发生反应。通过在碳纤维表面电镀/化学镀镍的方式来改变碳纤维的表面状态。制备碳纤维增强铝基复合材料的方式有挤压铸造法、真空压力浸渗法、超声波振动法等,本文采用液态机械搅拌的方式制备短碳纤维增强铝基复合材料。碳纤维表面金属镀层的质量严重影响复合材料的性能,对电镀中电流大小、镀液中硼酸浓度和电镀时间进行优化,电镀得到的镀层中镍(Ni)的质量分数是100%,镀层平均厚度在1μm以下。对化学镀镍中的镀液成分进行调整,加入镀液稳定剂(硫酸镉),PH稳定剂(无水乙酸钠),增加主盐(硫酸镍)的含量及降低还原剂(次磷酸钠)的含量,使镀液的使用寿命提高一倍。当化学镀镍的时间为40min时,可得到平均厚度为3.7μm的镀层,随着镀覆时间的增加,镀层与碳纤维的结合效果增强。镀层的主要成分是镍(Ni)和磷(P),其质量分数为4.78%和95.22%。镀层主要是非晶态的Ni-P结构。通过对比发现,化学镀镍的碳纤维与铝液复合的效果强于电镀镍碳纤维。化学镀镍得到的镀层能改善碳纤维与铝液的浸润性,并阻止碳纤维与铝液的化学反应。文中通过设计的搅拌装置制备短碳纤维增强铝基复合材料,部分碳纤维可分布在铝液中,部分碳纤维在铝液表面发生团聚现象。在铝液中的部分碳纤维出现镀层脱落现象,这是由于镍磷复合镀层(Ni-P)的热膨胀系数高于碳纤维的热膨胀系数。镀镍后的碳纤维与A356铝合金进行复合,发现碳纤维的镀层发生了高温的晶化。对高温复合后剥离的碳纤维与铝基体分别进行XRD分析,在碳纤维的镀层上出现了A13Ni相,可知碳纤维Ni-P镀层与铝液发生了化学反应。在铝基体上发现了Al1.1Ni0.9相及A1P相,说明铝与Ni-P复合镀层发生了化学反应。对制备的短碳纤维增强铝基复合材料进行XRD分析得到AlNi5.4Si2相和Ni3Si相,说明碳纤维的镀层与A356铝合金的界面处有化学反应,化学键是主要的界面结合力。
【关键词】：碳纤维 化学镀镍 机械搅拌法 短碳纤维增强铝基复合材料
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 金属基复合材料的定义及应用9-14
• 1.1.1 金属基复合材料的定义与特点9-11
• 1.1.2 金属基复合材料的研究动态11-12
• 1.1.3 碳纤维增强金属基复合材料的应用12-14
• 1.2 碳纤维增强铝基复合材料的制备方法14-16
• 1.2.1 挤压铸造法14
• 1.2.2 扩散粘结法14-15
• 1.2.3 真空压力浸渍法15
• 1.2.4 超声波振动法15-16
• 1.3 Cf/Al复合材料的界面问题16-17
• 1.4 增强体碳纤维表面涂层的研究17
• 1.5 本文主要研究内容17-19
• 第2章 实验材料与方法19-22
• 2.1 实验材料19
• 2.2 碳纤维表面处理方法19-20
• 2.3 短碳纤维增强铝基复合材料制备方法20
• 2.4 镀层及复合材料形貌分析20-21
• 2.5 镀层及复合材料物相分析21-22
• 第3章 碳纤维表面金属化处理分析22-44
• 3.1 碳纤维前处理工艺改进22-24
• 3.1.1 碳纤维去胶处理与优化22-23
• 3.1.2 前处理过程及成分23-24
• 3.2 碳纤维的电镀镍工艺优化及分析24-29
• 3.2.1 碳纤维表面电镀镍分析24-27
• 3.2.2 碳纤维表面电镀镍镀层形貌成分分析27-29
• 3.3 碳纤维的化学镀镍工艺优化及分析29-37
• 3.3.1 碳纤维表面化学镀镍29-32
• 3.3.2 碳纤维表面化学镀镍工艺优化32-35
• 3.3.3 碳纤维化学镀镍及复合镀层的原理35-37
• 3.4 碳纤维镍镀层厚度及镀层成分分析37-43
• 3.4.1 镀层厚度的分析37-40
• 3.4.2 碳纤维镍镀层的分析40-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 短碳纤维增强铝基复合材料的制备与分析44-59
• 4.1 Cf/Al复合材料研究44-50
• 4.1.1 未镀覆碳纤维与铝基结合情况44-45
• 4.1.2 电镀镍镀层与铝基结合分析45-47
• 4.1.3 化学镀镍镀层与铝基结合分析47-50
• 4.2 制备短碳纤维增强铝基复合材料的工装设计50-52
• 4.2.1 机械搅拌装置的设计50-51
• 4.2.2 搅拌桨形状设计51-52
• 4.2.3 金属型模具设计52
• 4.3 短碳纤维增强铝基复合材料的分析52-55
• 4.3.1 短碳纤维增强铝基复合材料分析52-54
• 4.3.2 镀镍短碳纤维在铝液中的漂浮性分析54-55
• 4.4 短碳纤维与铝基体的复合分析55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 结论59-60
• 参考文献60-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

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