CN108193148B - 一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法 - Google Patents

一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108193148B
CN108193148B CN201711443722.4A CN201711443722A CN108193148B CN 108193148 B CN108193148 B CN 108193148B CN 201711443722 A CN201711443722 A CN 201711443722A CN 108193148 B CN108193148 B CN 108193148B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fiber
electroplating
metal
composite material
fiber reinforced
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711443722.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108193148A (zh
Inventor
陈文革
薛元琳
王娇娇
王蕾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Technology
Original Assignee
Xian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Technology filed Critical Xian University of Technology
Priority to CN201711443722.4A priority Critical patent/CN108193148B/zh
Publication of CN108193148A publication Critical patent/CN108193148A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108193148B publication Critical patent/CN108193148B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/04—Pretreatment of the fibres or filaments by coating, e.g. with a protective or activated covering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/14—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/04—Electroplating: Baths therefor from solutions of chromium
    • C25D3/08—Deposition of black chromium, e.g. hexavalent chromium, CrVI
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/12—Electroplating: Baths therefor from solutions of nickel or cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/38—Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/54—Electroplating of non-metallic surfaces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，具体步骤如下：步骤1，将碳纤维表面进行预处理；步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀覆金属铜、镍或铬；步骤3，称取一定量的金属粉与包覆金属的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合；步骤4，将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型；步骤5，将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨模具中进行热压烧结；步骤6，将经步骤5烧结后的复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，既得碳纤维增强金属基复合材料。本发明的制备方法解决了现有纤维增强复合材料由于界面润湿问题使得增强相与基体结合不好，导致纤维过早拔出、断裂、失效的问题。

Description

一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备方法技术领域，具体涉及一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法。
背景技术
复合材料是由基体材料、增强体以及二者之间的界面组成的，其性能取决于增强体与基体的比例以及三个组成部分的性能。复合材料能够发挥各自组成材料的优点，其组成上相互取长补短产生协同效应而具有新的特性，同时能设计出满足实际需要的特殊性能和综合性能而越来越多地受到世界各国的高度重视。金属基复合材料相对于其他材料，具有较高的比强度、比刚度、优良的导电性、耐热性、高韧性和高冲击性能。广泛地应用在航空航天、汽车造船、建筑桥梁、电力机械、医疗和体育等各个领域。
金属基复合材料的增强体主要有纤维、晶须和颗粒，其中纤维因具有高强度、高模量、耐高温、耐环境、耐摩擦、耐化学药品等特性而作为增强体的首选。特别是碳纤维因密度小、强度大、电学热学性能优异，通常作为复合材料的主要增强相。然而碳纤维与金属基体复合时，由于碳纤维的非金属性，界面的润湿性以及结合状态等成为该类复合材料发展的瓶颈。如果其机械物理结合界面强度较低，承受载荷时往往造成碳纤维的拔出、剥离或脱落，就会大大影响复合材料的性能。为此，对碳纤维表面进行改性，就成为调控金属与碳纤维结合状态的必然。以改性碳纤维制备出的复合材料就能弥补当前此类材料存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，解决了现有纤维增强复合材料由于界面润湿问题使得增强相与基体结合不好，导致纤维过早拔出、断裂、失效的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，将碳纤维表面进行预处理；
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属铜、镍或铬；
步骤3，称取一定量的金属粉与包覆金属铜、镍或铬的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合30～80min；
步骤4，将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型,所选取的压制压力为300～500MPa；
步骤5，将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨模具中进行热压烧结；
步骤6，将经步骤5烧结后的复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，即得碳纤维增强金属基复合材料。
本发明的特征还在于，
步骤1中碳纤维表面进行预处理的过程如下：将碳纤维置于加热炉中在480～500℃下灼烧30～60min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h，水洗后，置于干燥箱中35～45℃干燥6～8h，再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化60～90min，用去离子水洗至中性。
步骤2中，采用电镀法在碳纤维表面镀覆金属铜、镍或铬的具体过程如下：将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，将镍片、铜片或铅片作为阳极，置于电镀液中电镀，然后水洗3～5次，置于干燥箱中35～45℃干燥6～8h；在碳纤维表面镀覆金属铜后还需再经过钝化处理。
步骤2中，用于在碳纤维表面镀覆金属铜的电镀液组成为：硫酸铜30～50g/L、酒石酸钠10～25g/L、柠檬酸钠60～90g/L及硝酸钾8～12g/L，其电镀的工艺条件为：电镀温度：25～45℃，电流密度：1.0～3.5A/dm2，电镀时间：20～40min。
步骤2中，用于在碳纤维表面镀覆金属镍的电镀液组成为：硫酸镍200～270g/L、氯化镍60～70g/L、硼酸32～40g/L及十二烷基硫酸钠0.01～0.1g/L，其电镀的工艺条件为：电镀温度：25～40℃，电流密度：0.1～0.5A/dm2，电镀时间：4～20min。
步骤2中，用于在碳纤维表面镀覆金属铬的电镀液组成为：铬酐230～250g/L、浓硫酸1.25～5mL/L及硼酸5～10g/L，其电镀的工艺条件为：电镀温度：40～60℃，电镀时间：10～30min，电流密度：24～30A/dm2。
步骤3中，包覆金属铜、镍或铬的碳纤维的体积占混合物料总体积的1％～50％。
步骤3中的金属粉为铜粉、铁粉、铝粉或钨粉。
步骤5中，热压烧结过程为：在高温气氛保护热压炉中缓慢加热至金属熔点的0.7～0.8倍、同时加压制压力20～30MPa，停留60～90min后随炉冷却，所用的保护气氛为氩气或氮气，气体流量是1～2L/h。
步骤6中，所用的砂粒粒径约0.1～0.5mm，冲击速度为1～3m/s。
本发明的有益效果是：
(1)通过在碳纤维表面预先包覆金属再混合热压烧结，可大幅提高该复合材料的机械性能和物理性能；
(2)本发明制备碳纤维增强金属基复合材料的方法，操作简单、能耗少、成本低、生产效率高、易于工业化生产。
附图说明
图1为采用本发明方法制备的电镀铜碳纤维的SEM图；
图2为采用本发明方法制备的电镀镍碳纤维的SEM图；
图3为采用本发明方法制备的电镀铬碳纤维的SEM图；
图4为采用本发明方法制备的体积分数为3％镀覆铬碳纤维增强铜基复合材料低倍组织形貌图；
图5为采用本发明方法制备的体积分数为10％镀覆铬碳纤维增强铜基复合材料低倍组织形貌图；
图6为采用本发明方法制备的体积分数为15％镀覆铬碳纤维增强铜基复合材料低倍组织形貌图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在480℃～500℃下灼烧30～60min进行热脱脂(所购碳纤维不同，其表面有机胶成分不同，故灼烧温度、灼烧时间视具体碳纤维而定，如商用的TC-35型碳纤维480℃下灼烧60min可完成热脱脂)，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中35～45℃干燥6～8小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化60～90min，用去离子水洗至中性。
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属铜、镍或铬
将步骤1处理后的碳纤维作阴极，镍片、铜片或铅片作阳极，置于电镀液中电镀。再用去离子水水洗多次后置于干燥箱中35～45℃干燥6～8h、待用。电镀液组成及工艺参数见表1。值得提出的是铜易氧化，电镀铜完成后需及时进行钝化处理(即将镀覆铜的碳纤维置于15％的乙二胺四乙酸二钠溶液中钝化15min)，再水洗、干燥。
表1电镀液组成及工艺参数
步骤3，配料
将粒径为60～80微米(200目)左右的金属粉体按照所制复合材料的比例计算金属粉体和包覆金属的碳纤维(包覆的金属层可忽略不计)各自的量(计算方法是零件体积G理论密度G添加的比例)。按体积百分比，复合材料的理论密度＝金属的密度G金属粉体添加的体积比例+包覆金属的碳纤维的密度G包覆金属的碳纤维添加的体积比例。一般金属基体是铜的，用包覆铜或镍的碳纤维；金属基体是铁或钨的，建议用包覆镍的碳纤维。
步骤4，混合
把步骤3计算好的金属粉和包覆金属的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合30～80min。在混合时添加10～20mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘。包覆金属铜、镍或铬的碳纤维的体积占混合物料总体积的1％～50％。
步骤5，成型
按照所加工零件的大小和具体的成分要求，把步骤4混合好的物料称取一定量的(称取的量取决于复合材料的成分与压坯的大小，一般计算方法是，称取的质量＝压坯的体积G该成分复合材料的密度)装在钢压模具(决定零件的尺寸和形状，事先设计好的)中冷压成型，所选取的压制压力为300～500MPa。
步骤6，热压烧结
将步骤5冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为200～300℃/h)升温至烧结温度(一般取金属熔点的0.7～0.8倍)、同时加压制压力20～30MPa，在高温下停留60～90min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气或氮气，气体流量是1～2L/h。
步骤7，后处理
将步骤6烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.1～0.5mm，冲击速度为1～3m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
从图1中看出碳纤维表面金属铜颗粒较均匀、镀层覆盖完全，但颗粒较大；
从图2中看出碳纤维表面的金属镍层颗粒小，涂覆均匀，但镀层表面有少量微孔；
从图3中看出碳纤维表面金属铬颗粒致密、均匀但相对化学镀铬颗粒较大；
从图4～6中可以看出体积分数为3％、10％、15％的镀铬碳纤维制备的碳纤维增强铜基复合材料中碳纤维在基体中均匀分布，无偏聚现象，材料中无明显孔洞，基体组织致密。
实施例1
一种碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在480℃下灼烧60min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中35℃干燥8小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化60min，用去离子水洗至中性。
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属铜
将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，99.99％的纯铜片作为阳极，置于电镀液中电镀。再用去离子水水洗3次后置于干燥箱中35℃干燥8h、待用。电镀液组成及工艺参数见表2。值得提出的是铜易氧化，电镀铜完成后需及时进行钝化处理(即将镀覆铜的碳纤维置于15％的乙二胺四乙酸二钠溶液中钝化15min)，再水洗、干燥。
表2电镀液组成及工艺参数
步骤3，混合
称取一定量的粒径为60微米铜粉与包覆金属铜的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合30min，在混合时添加10mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘；其中，铜粉与包覆金属铜的碳纤维的体积比为：85:15
步骤4，成型
将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型,所选取的压制压力为300MPa。
步骤5，热压烧结
将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为200℃/h)升温至烧结温度(取金属铜熔点的0.7倍)、同时加压制压力20MPa，在高温下停留60min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气或氮气，气体流量是1L/h。
步骤6，后处理
将步骤5烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.1mm，冲击速度为1m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
实施例2
一种碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在500℃下灼烧30min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中45℃干燥6小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化90min，用去离子水洗至中性。
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属铜
将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，99.99％的纯铜片作为阳极，置于电镀液中电镀。再用去离子水水洗5次后置于干燥箱中45℃干燥8h、待用。电镀液组成及工艺参数见表3。值得提出的是铜易氧化，电镀铜完成后需及时进行钝化处理(即将镀覆铜的碳纤维置于15％的乙二胺四乙酸二钠溶液中钝化15min)，再水洗、干燥。
表3电镀液组成及工艺参数
步骤3，混合
称取一定量的粒径为80微米铜粉与包覆金属铜的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合80min，在混合时添加20mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘；其中，铜粉与包覆金属铜的碳纤维的体积比为：99:1
步骤4，成型
将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型，所选取的压制压力为500MPa。
步骤5，热压烧结
将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为300℃/h)升温至烧结温度(取金属铜熔点的0.8倍)、同时加压制压力30MPa，在高温下停留90min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气，气体流量是2L/h。
步骤6，后处理
将步骤5烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.5mm，冲击速度为3m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
实施例3
一种碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在490℃下灼烧40min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中40℃干燥7小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化65min，用去离子水洗至中性。
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属铜
将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，99.99％的纯铜片作为阳极，置于电镀液中电镀。再用去离子水水洗4次后置于干燥箱中40℃干燥7h、待用。电镀液组成及工艺参数见表4。值得提出的是铜易氧化，电镀铜完成后需及时进行钝化处理(即将镀覆铜的碳纤维置于15％的乙二胺四乙酸二钠溶液中钝化15min)，再水洗、干燥。
表4电镀液组成及工艺参数
步骤3，混合
称取一定量的粒径为70微米铜粉与包覆金属铜的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合70min，在混合时添加15mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘；其中，铜粉与包覆金属铜的碳纤维的体积比为：95:5
步骤4，成型
将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型,所选取的压制压力为400MPa。
步骤5，热压烧结
将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为250℃/h)升温至烧结温度(取金属铜熔点的0.75倍)、同时加压制压力25MPa，在高温下停留80min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气或氮气，气体流量是1.5L/h。
步骤6，后处理
将步骤5烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.4mm，冲击速度为2.5m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
实施例4
一种碳纤维增强铁基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在500℃下灼烧30min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中45℃干燥6小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化90min，用去离子水洗至中性。
步骤2，碳纤维表面镀覆金属镍
将经步骤1处理后碳纤维作为阴极，99.99％的纯镍片作为阳极，置于电镀液中电镀、水洗、干燥。电镀镍的镀液成分及参数如表5所示。
表5电镀镍的镀液成分及参数
步骤3，混合
称取一定量的粒径为60微米铁粉与包覆金属镍的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合30min，在混合时添加10mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘；其中，铁粉与包覆金属镍的碳纤维的体积比为：50：50
步骤4，成型
将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型，所选取的压制压力为300Mpa。
步骤5，热压烧结
将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为250℃/h)升温至烧结温度(取铁熔点的0.75倍)、同时加压制压力25MPa，在高温下停留80min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气，气体流量是1.5L/h。
步骤6，后处理
将步骤5烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.4mm，冲击速度为2.5m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
实施例5
一种碳纤维增强钨基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在480℃下灼烧60min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中35℃干燥8小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化60min，用去离子水洗至中性。
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属镍
将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，99.99％的纯镍片作为阳极，置于电镀液中电镀。再用去离子水水洗3次后置于干燥箱中35℃干燥8h、待用。电镀液组成及工艺参数见表6。
表6电镀液组成及工艺参数
步骤3，混合
称取一定量的粒径为70微米钨粉与包覆金属镍的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合50min，在混合时添加15mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘；其中，钨粉与包覆金属镍的碳纤维的体积比为：75:25
步骤4，成型
将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型，所选取的压制压力为400MPa。
步骤5，热压烧结
将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为300℃/h)升温至烧结温度(取钨熔点的0.8倍)、同时加压制压力20MPa，在高温下停留90min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气，气体流量是1L/h。
步骤6，后处理
将步骤5烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.1mm，冲击速度为1m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
实施例6
一种碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在490℃下灼烧40min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中40℃干燥7小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化65min，用去离子水洗至中性。
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属镍
将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，99.99％的纯镍片作为阳极，置于电镀液中电镀。再用去离子水水洗5次后置于干燥箱中45℃干燥8h、待用。电镀液组成及工艺参数见表7。
表7电镀液组成及工艺参数
步骤3，混合
称取一定量的粒径为80微米铜粉与包覆金属镍的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合80min，在混合时添加20mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘；其中，铜粉与包覆金属镍的碳纤维的体积比为：97:3
步骤4，成型
将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型,所选取的压制压力为500MPa。
步骤5，热压烧结
将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为200℃/h)升温至烧结温度(取铜熔点的0.7倍)、同时加压制压力30MPa，在高温下停留60min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气或氮气，气体流量是2L/h。
步骤6，后处理
将步骤5烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.5mm，冲击速度为3m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
实施例7
一种碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在500℃下灼烧30min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中45℃干燥6小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化90min，用去离子水洗至中性。
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属铬
将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，99.99％的纯铅片作为阳极，置于电镀液中电镀。再用去离子水水洗3次后置于干燥箱中35℃干燥8h、待用。电镀液组成及工艺参数见,表8。
表8电镀液组成及工艺参数
步骤3，混合
称取一定量的粒径为60微米铝粉与包覆金属铬的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合30min，在混合时添加10mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘；其中，铝粉与包覆金属铬的碳纤维的体积比为：90:10
步骤4，成型
将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型,所选取的压制压力为300MPa；
步骤5，热压烧结
将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为200℃/h)升温至烧结温度(取铝熔点的0.7倍)、同时加压制压力20MPa，在高温下停留60min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气或氮气，气体流量是1L/h。
步骤6，后处理
将步骤5烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.1mm，冲击速度为1m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
实施例8
一种碳纤维增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在480℃下灼烧60min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中35℃干燥8小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化70min，用去离子水洗至中性。
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属铬
将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，99.99％的纯铅片作为阳极，置于电镀液中电镀。再用去离子水水洗多次后置于干燥箱中45℃干燥8h、待用。电镀液组成及工艺参数见表9。
表9电镀液组成及工艺参数
步骤3，混合
称取一定量的粒径为80微米铝粉与包覆金属铬的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合80min，在混合时添加20mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘；其中，铝粉与包覆金属铬的碳纤维的体积比为：80:20
步骤4，成型
将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型,所选取的压制压力为500MPa；
步骤5，热压烧结
将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为300℃/h)升温至烧结温度(取铝熔点的0.8倍)、同时加压制压力30MPa，在高温下停留90min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气或氮气，气体流量是2L/h。
步骤6，后处理
将步骤5烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.5mm，冲击速度为3m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
实施例9
一种碳纤维增强铜基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，碳纤维的表面预处理
将碳纤维置于加热炉中在490℃下灼烧50min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h使焦炭溶解、清洁碳纤维表面，水洗多次后，置于干燥箱中40℃干燥7小时。再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化65min，用去离子水洗至中性。
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属铬
将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，99.99％的纯铅片作为阳极，置于电镀液中电镀。再用去离子水水洗4次后置于干燥箱中40℃干燥7h、待用。电镀液组成及工艺参数见表10。
表10电镀液组成及工艺参数
步骤3，混合
称取一定量的粒径为70微米铜粉与包覆金属铬的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合70min，在混合时添加15mL/kg的酒精，加快混合效率和避免扬尘；其中，铜粉与包覆金属铬的碳纤维的体积比为:82:18
步骤4，成型
将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型，所选取的压制压力为400MPa；
步骤5，热压烧结
将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨(高强、高密、高导)模具(尺寸形状与钢压模类似)中。然后放在高温气氛保护热压炉中缓慢加热(升温速度为250℃/h)升温至烧结温度(取铜熔点的0.75倍)、同时加压制压力25MPa，在高温下停留80min后随炉冷却。所用的保护气氛为氩气或氮气，气体流量是1.5L/h。
步骤6，后处理
将步骤5烧结的碳纤维增强金属基复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，所用的砂粒粒径约0.4mm，冲击速度为2.5m/s。去除表面附着的一些附着物，同时改善表面的应力状态。
本发明的优点为：
(1)通过在碳纤维表面预先包覆金属再混合热压烧结，可大幅提高该复合材料的机械性能和物理性能；
(2)本发明制备碳纤维增强金属基复合材料的方法，操作简单、能耗少、成本低、生产效率高、易于工业化生产。

Claims (8)

1.一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，将碳纤维表面进行预处理；
步骤1中碳纤维表面进行预处理的过程如下：将碳纤维置于加热炉中在480～500℃下灼烧30～60min进行热脱脂，再浸入丙酮中浸泡1h，水洗后，置于干燥箱中35～45℃干燥6～8h，再将干燥后的碳纤维置于68wt％浓硝酸中，在90℃下粗化60～90min，用去离子水洗至中性；
步骤2，采用电镀法在碳纤维表面镀金属铜、镍或铬；
步骤3，称取一定量的金属粉与包覆金属铜、镍或铬的碳纤维在酒桶式混料机中机械混合30～80min；
步骤4，将步骤3混合好的物料装在钢压模具中冷压成型,所选取的压制压力为300～500MPa；
步骤5，将步骤4冷压成型的生坯装在三高石墨模具中进行热压烧结；
步骤5中，热压烧结过程为：在高温气氛保护热压炉中缓慢加热至金属熔点的0.7～0.8倍、同时加压制压力20～30MPa，停留60～90min后随炉冷却，所用的保护气氛为氩气或氮气，气体流量是1～2L/h；
步骤6，将经步骤5烧结后的复合材料放到固体喷砂机中进行表面处理，即得碳纤维增强金属基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，采用电镀法在碳纤维表面镀覆金属铜、镍或铬的具体过程如下：将步骤1处理后的碳纤维作为阴极，将镍片、铜片或铅片作为阳极，置于电镀液中电镀，然后水洗3～5次，置于干燥箱中35～45℃干燥6～8h；在碳纤维表面镀覆金属铜后还需再经过钝化处理。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，用于在碳纤维表面镀覆金属铜的电镀液组成为：硫酸铜30～50g/L、酒石酸钠10～25g/L、柠檬酸钠60～90g/L及硝酸钾8～12g/L，其电镀的工艺条件为：电镀温度：25～45℃，电流密度：1.0～3.5A/dm2，电镀时间：20～40min。
4.根据权利要求2所述的一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，用于在碳纤维表面镀覆金属镍的电镀液组成为：硫酸镍200～270g/L、氯化镍60～70g/L、硼酸32～40g/L及十二烷基硫酸钠0.01～0.1g/L，其电镀的工艺条件为：电镀温度：25～40℃，电流密度：0.1～0.5A/dm2，电镀时间：4～20min。
5.根据权利要求2所述的一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，用于在碳纤维表面镀覆金属铬的电镀液组成为：铬酐230～250g/L、浓硫酸1.25～5mL/L及硼酸5～10g/L，其电镀的工艺条件为：电镀温度：40～60℃，电镀时间：10～30min，电流密度：24～30A/dm2。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，包覆金属铜、镍或铬的碳纤维的体积占混合物料总体积的1％～50％。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中的金属粉为铜粉、铁粉、铝粉或钨粉。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤6中，所用的砂粒粒径0.1～0.5mm，冲击速度为1～3m/s。
CN201711443722.4A 2017-12-27 2017-12-27 一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法 Active CN108193148B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711443722.4A CN108193148B (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711443722.4A CN108193148B (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108193148A CN108193148A (zh) 2018-06-22
CN108193148B true CN108193148B (zh) 2019-12-24

Family

ID=62584458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711443722.4A Active CN108193148B (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108193148B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109267332B (zh) * 2018-08-22 2021-01-08 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种金属基碳纤维复合材料及陶瓷的制备方法
CN111235497A (zh) * 2019-05-09 2020-06-05 重庆文理学院 一种高韧性金属复合材料的制备方法
CN110343977B (zh) * 2019-07-22 2021-03-30 陕西理工大学 一种连续碳纤维增强铝基复合材料的制备方法
CN111876698B (zh) * 2020-06-23 2022-01-07 西安理工大学 一种钢结硬质合金及其制备方法
CN112553547B (zh) * 2020-12-07 2022-01-18 深圳市天士力神通本草技术开发有限公司 一种高导热金属基碳纤维发热体材料的制备方法
CN112779481A (zh) * 2020-12-23 2021-05-11 吉林大学 一种溶剂分散冷冻干燥制备碳纤维增强铝基复合材料方法
CN113909605A (zh) * 2021-10-25 2022-01-11 北京嘉洁能科技股份有限公司 一种碳纤维丝与金属丝连接接头及其连接方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104388847A (zh) * 2014-12-02 2015-03-04 宁波新睦新材料有限公司 一种碳纤维增强的铜基复合材料及其制备方法
CN107299298A (zh) * 2017-06-21 2017-10-27 中南大学 一种短碳纤维/铜复合材料的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009007624A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Univ Of Fukui 炭素繊維強化アルミニウム複合材料およびその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104388847A (zh) * 2014-12-02 2015-03-04 宁波新睦新材料有限公司 一种碳纤维增强的铜基复合材料及其制备方法
CN107299298A (zh) * 2017-06-21 2017-10-27 中南大学 一种短碳纤维/铜复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
镀铬碳纤维增强铜基复合材料的组织与性能;陈文革等;《兵器材料科学与工程》;20170331;第40卷(第02期);42-47 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108193148A (zh) 2018-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108193148B (zh) 一种碳纤维增强金属基复合材料的制备方法
CN108165901B (zh) 一种基于化学镀的碳纤维增强金属基复合材料的制备方法
CN102936706B (zh) 一种碳纤维布-钛合金复合材料及其制备方法
CN103088337B (zh) 一种激光－感应复合熔覆CNTs弥散强化铜基复合涂层的方法
CN106757239B (zh) 一种碳化硅纤维表面电镀镍的方法
CN101705456B (zh) 一种具有优良阻尼特性的短碳纤维增强镁基复合材料的制备方法
CN104388847A (zh) 一种碳纤维增强的铜基复合材料及其制备方法
CN110935864B (zh) 一种表面处理zta颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法
CN105135204A (zh) 一种高稳定性铝合金型材及其制造工艺
CN111809100A (zh) 一种NiCrAlY高温烧结ZTA颗粒增强钢铁基复合材料及其制备方法
CN105296897A (zh) 碳纤维增强钛合金复合材料的制备方法
CN105039877B (zh) 碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法与应用
CN110004384B (zh) 一种碳纤维粉末增强钨基复合材料的制备方法
CN101029377B (zh) 氮化钛丝网金属基复合材料的制备工艺
CN102383115B (zh) 一种渗透镀制备功能梯度复合涂层的方法
CN110983209A (zh) 一种高强多孔三维陶瓷基金属复合材料的制备方法
CN112501523A (zh) 一种改性碳纤维和碳化锆增强铝基复合材料的制备方法
CN206127389U (zh) 一种碳纤维增强镁基复合材料的制备***
CN105154721A (zh) 一种掺混玄武岩纤维的增强耐磨复合铝合金汽车零部件及其铸造工艺
CN106334883A (zh) 一种高强度、耐腐蚀的高温铜基钎焊料及其制造方法
CN113088836A (zh) 一种电弧喷涂制备碳纤维增强铝基复合材料的方法
CN114833338B (zh) 一种化学镀覆NiMo改性的TiB2-TiC颗粒增强高锰钢基复合材料及其制备方法
CN110468358A (zh) 一种碳纤维增强的金属陶瓷基复合材料支撑桶及其制备方法
CN114752868A (zh) 一种镀铜玄武岩纤维增强铜基复合材料及其制备方法与应用
CN112342420B (zh) 一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant