一种轧制态碳纤维增强铝合金复合材料的制备方法

技术特征：
1.一种轧制态碳纤维增强铝合金复合材料的设计方法，其特征在于，基于在铝合金中直接植入波纹形碳纤维布以实现其在变形过程中协同延展的基础上，又在波纹形碳纤维布周围加了一层金属锡，当轧制温度升高时，碳纤维周围的锡率先熔化为液态，形成一种固态包覆液态的结构,包覆在整个碳纤维布周围的液态层可大大减小从各个方向包括剪切方向传递到碳纤维布表面的载荷，减小碳纤维表面应力集中，从根本上杜绝其塑性变形过程中的断裂失效。2.一种轧制态碳纤维增强铝合金复合材料的制备方法，其包括以下几个步骤：s1.将锡在电阻炉中熔炼，完全变为液态后保温；碳纤维的预热除胶过程在马弗炉中进行，将除胶后的碳纤维插放到u字形不锈钢夹具的波纹形槽道中，并将u字形不锈钢夹具放置在石墨坩埚中；在石墨坩埚内垂直于u字形不锈钢夹具的两侧放置两个石墨插板；s2.将不锈钢模具和装有u字形不锈钢夹具、石墨插板的石墨坩埚放置在电阻炉中进行预热处理，预热结束后向石墨插板空隙中浇注保温后的锡熔体，待其完全凝固后取出，制成(锡包覆碳纤维)波纹状夹层；将铝合金基体在电阻炉中熔炼至完全变为液态后保温；s3.将预热后的不锈钢模具从电阻炉中取出，将s2中的(锡包覆碳纤维)波纹状夹层固定在模具中间；向不锈钢模具中浇注保温后的铝合金熔体，待其完全凝固后取出，得到的铸锭便可以进行热轧。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，制备装置包括石墨坩埚、u字形不锈钢夹具、石墨插板、固定装置、不锈钢模具五部分；石墨坩埚内壁的尺寸为52
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42
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100mm，u字形不锈钢夹具的尺寸为40
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30
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100mm，石墨插板的长为40mm，高为100mm，不锈钢模具的尺寸为60
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60
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100mm。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，选择锡作为低熔点金属，其成分占比为sn/(al sn)＝0.020，熔炼温度330℃，浇注温度300℃，铸锭轧制温度350℃，轧制总变形量为50％。5.一种轧制态碳纤维增强铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，热轧后进行多级次热处理，所选热处理工艺为：固溶温度350℃，固溶时间36h，固溶后淬火，淬火水温30℃；之后进行人工时效处理，时效温度150℃，时效时间8h，以实现铝锡固溶进而形成最终的[(锡包覆碳纤维)波纹形植入铝合金]多层结构复合材料。

技术总结
本发明涉及碳纤维增强铝基复合材料技术领域，特别是一种轧制态碳纤维增强铝合金的制备方法。其结构设计方法为：首先将金属锡包覆在折叠成波纹形的碳纤维布周围以形成(锡包覆碳纤维)波纹状夹层；然后将夹层植入到铝合金基体中构筑出锡层包覆波纹形碳纤维增强铝基复合材料铸锭。随后对铸锭进行热轧，金属锡在热轧过程中呈液态，可以较大程度上释放碳纤维布上的载荷，有效地克服碳纤维布上的应力集中，减轻纤维损伤。最后进行多级次热处理使锡与铝合金固溶，进一步增强复合材料力学性能。通过构筑[(锡包覆碳纤维)波纹形植入铝合金]多层次结构实现碳纤维协同铝合金基体协同延展的同时保护了碳纤维抗损伤能力，可为我国的航空航天新型轻量高强碳纤维增强铝基复合提供技术支撑。供技术支撑。供技术支撑。


技术研发人员：邹清川 徐长远 安希忠 吴达 董宗辉
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2022/9/13