短碳纤维增强A356合金复合材料的研究

论文摘要

碳纤维增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度以及良好的高温性能和尺寸稳定性,在航空、航天、国防及汽车工业等领域有广阔的应用前景。本文选择在汽车轮毂方面广为使用的铝合金A356作为基体材料,采用搅拌铸造法制备出高强度的短碳纤维增强A356合金复合材料。碳纤维与铝熔体浸润性差以及高温下碳纤维与铝发生化学反应,一直是制备该复合材料的主要障碍。为解决这些问题,本文采用在碳纤维表面化学镀铜的方法改善碳纤维与铝熔体的浸润性,达到控制界面反应发生的目的。本文对碳纤维表面化学镀铜采用镍盐活化的工艺,研究了工艺参数对镍盐活化效果的影响。经过分析比较,确定了碳纤维表面镍盐活化的最佳工艺条件并针对镍盐活化新工艺,优化了化学镀铜的工艺条件。本论文探索了搅拌温度、搅拌时间、搅拌速度对制备复合材料的影响,通过扫描电镜对碳纤维的分布以及界面情况进行了观察等方法,最后确定了搅拌铸造法制备短碳纤维增强A356合金复合材料的最佳工艺条件。论文中对最优工艺条件下获得的试样进行了抗拉和抗弯强度测试,在短碳纤维尺寸2-4mm、碳纤维质量分数为12%的条件制备出抗拉强度为365MPa、抗弯强度547MPa的高强度复合材料。复合材料的抗拉和抗弯强度与经过热处理的A356合金相比,力学性能获得很大的提高。（1）碳纤维表面化学镀铜镍盐活化的新方法,有效可行,操作简单,取得了良好的镀覆效果,降低了碳纤维表面化学镀铜成本。（2）使用碳纤维表面镍盐活化化学镀铜方法,可以获得光滑平整、镀层结合力良好的化学镀层,碳纤维束无黑心和漏镀现象,碳纤维表面镀铜层改善了碳纤维与铝熔体的浸润性,抑制了碳纤维与铝熔体的有害界面反应。（3）搅拌铸造法制备短碳纤维增强A356合金复合材料工艺简单、成本低廉,能够制备出力学性能优异的新型复合材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 碳纤维增强铝基复合材料
• 1.1.1 碳纤维增强铝基复合材料的性能
• 1.1.2 碳纤维增强铝基复合材料制备方法
• 1.2 汽车用铝轮毂的发展概况
• 1.2.1 汽车用铝轮毂的市场发展
• 1.2.2 A356汽车轮毂用铝合金
• 1.2.3 铝合金轮毂的制备方法
• 1.3 本文研究主要内容
• 第二章 碳纤维表面镍盐活化化学镀铜
• 2.1 碳纤维除胶、粗化过程
• 2.2 碳纤维表面敏化、活化方法的研究
• 2.2.1 碳纤维化学镀铜镍盐活化原理
• 2.2.2 碳纤维化学镀铜镍盐活化过程的工艺实验
• 2.3 碳纤维表面化学镀铜概述
• 2.3.1 化学镀铜原理
• 2.3.2 常用化学镀铜镀液组分
• 2.4 碳纤维表面镍盐活化化学镀铜的实验研究
• 2.4.1 实验方法
• 2.4.2 实验结果
• 2.4.3 化学镀铜溶液各组分的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 短碳纤维增强A356复合材料的制备工艺与力学性能
• 3.1 短碳纤维增强A356复合材料制备工艺的研究
• 3.1.1 实验流程及所使用的设备
• 3.1.2 短碳纤维增强A356复合材料的制备工艺实验
• 3.1.3 短碳纤维增强A356复合材料的最优工艺条件
• 3.2 短碳纤维增强A356复合材料的力学性能
• 3.2.1 力学性能测试实验设备及实验器材
• 3.2.2 碳纤维质量百分含量对复合材料力学性能的影响
• 3.2.3 碳纤维尺寸因素对复合材料力学性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录