碳纖維布增強鋁基複合材料界面行為的研究

《碳纖維布增強鋁基複合材料界面行為的研究》是依託大連理工大學,由張宇博擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：碳纖維布增強鋁基複合材料界面行為的研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張宇博

項目摘要

碳纖維增強鋁基複合材料是一種重要的複合材料，因具有輕質、高強、良好的塑性和導熱性，被認為是理想的功能材料和結構材料，可廣泛套用於航天航空、軍事和汽車工業等領域。碳纖維與鋁基體的界面結合問題是碳纖維增強鋁基複合材料製備過程中最重要也是最難控制的環節。本項目以碳纖維布增強鋁基複合材料為研究對象，研究碳纖維布與鋁基體凝固過程及塑性變形階段的界面行為。利用同步輻射原位成像、數值模擬、高分辨透射電鏡等手段表征凝固過程中碳纖維與鋁基體的界面反應、界面形貌及反應產物，研究電磁場、壓力場及表面處理對界面行為的影響機制，研究固態變形過程中界面結構的協同變形機制。掌握碳纖維與鋁基體結合過程中界面的形成和演變規律，並深入闡釋界面形成的熱力學和動力學機制。在此基礎上，解決鋁熔體對碳纖維布的浸滲問題，並實現控制碳纖維與鋁基體的結合反應過程，為研究碳纖維增強鋁基複合材料的製備方法提供理論指導。

結題摘要

碳纖維增強鋁基複合材料因具有輕質、高強、良好的塑性和導熱性等特點，被認為是理想的功能材料和結構材料，有望套用於航天航空、軍事和汽車工業等領域。本項目以碳纖維編制布增強鋁基複合材料為研究對象，研究碳纖維與基體結合過程中的界面反應行為，以及凝固過程中鍍層工藝和外場對界面行為的影響，為碳纖維增強鋁基複合材料的製備方法提供理論指導。本項目經過三年研究，取得如下結果： 1、提出一種半固態鑄軋法製備碳纖維布增強鋁基複合材料的工藝，利用壓力場促使鋁基體和碳纖維編織布的界面結合。藉助模擬計算建立了溫度參數和塑性變形量間的關係，闡釋變形機制。通過調控外加壓力和金屬流動性，實現了鋁熔體對碳纖維布的完全滲進。碳纖維編織布增強鋁基複合材料板材能夠在彎曲變形中提供良好的強化效果。 2、得到基體和纖維的滲進規律，闡釋電磁誘導的滲浸轉變機制。在液態複合過程中引入脈衝磁場，實現了金屬熔體對編織布的滲浸過程由逐層滲浸方式向梯度同步滲浸方式轉變。電磁場引入的磁致壓力促進增加熔體滲浸深度。以此為基礎實現了電磁鑄造法製備碳纖維布增強鋁基複合材料。 3、設計針對平紋碳纖維編織布的表面鍍層新工藝。在傳統化學鍍層的工藝基礎上，最佳化了一種針對於平紋碳纖維編織布特點的表面化學鍍鎳方法，將鍍液的穩定時間延長至 120min以上，鍍層的含磷量降低至9wt.%。並通過開發新的氧化劑體系，設計了膠態鈀鍍液化學鍍鎳工藝和碳纖維表面接枝短鏈羧酸銅的工藝。不僅簡化了原有的鍍層工藝，大幅降低了成本，更提升了鍍層的均勻性與穩定性。