【摘 要】
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随着科技的发展和国防等的需求,单一材料的发展难以满足要求,复合材料的研究和发展受到了广泛关注。其中铝合金等金属基复合材料碳纤维具有高的比强度、比模量、耐高温、耐疲劳、低膨胀和自润滑等优异的综合性能。碳纤维优异的综合性能使其成为铝基复合材料的理想的增强体材料。但是碳纤维与熔融铝液之间存在浸润性差,且碳纤维在高温成形过程中容易造成损伤,导致碳纤维增强铝基复合材料不能达到预期的增强效果。为了解决以上问题
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随着科技的发展和国防等的需求,单一材料的发展难以满足要求,复合材料的研究和发展受到了广泛关注。其中铝合金等金属基复合材料碳纤维具有高的比强度、比模量、耐高温、耐疲劳、低膨胀和自润滑等优异的综合性能。碳纤维优异的综合性能使其成为铝基复合材料的理想的增强体材料。但是碳纤维与熔融铝液之间存在浸润性差,且碳纤维在高温成形过程中容易造成损伤,导致碳纤维增强铝基复合材料不能达到预期的增强效果。为了解决以上问题,本文重点研究了碳纤维表面镀镍工艺,及碳纤维表面镀层对碳纤维力学性能和界面性能的影响。通过对碳纤维表面镀镍层微观结构对比分析,确定电镀的最佳工艺范围。通过单丝拉伸测试和微观形貌分析,讨论了镀层厚度对碳纤维拉伸力学性能的影响规律和机理、研究了表面镀镍碳纤维耐高温性能的改善情况。主要内容及结论如下:(1)碳纤维表面电镀镍工艺研究。分析了电镀温度、电镀电流、电镀时间对金属镀镍沉积效率及表面形貌的影响。确定了合适的电镀配方和合理的电镀工艺范围:电镀电流为0-0.7A,电镀温度为常温,电镀时间和镀层厚度呈线性规律,通过控制电镀时间来得到特定镀层厚度的镀镍碳纤维。(2)连续碳纤维增强铝基复合材料界面研究。对碳纤维增强铝基复合材料界面微观形貌研究发现,碳纤维进行表面电镀镍处理能明显提高碳纤维与金属铝基体的界面浸润性能。分析研究了碳纤维表面电镀镍的镀层厚度、界面产物和成型温度对Cf/Al复合材料界面性质的影响。(3)表面电镀镍对碳纤维单丝拉伸力学性能的影响规律和机理研究。通过改变电镀工艺得到了不同镀层厚度的镀镍碳纤维,通过单丝拉伸和SEM分析,研究了镀层对纤维拉伸力学性能的影响规律和机理。结果表明:镀镍碳纤维单丝最大拉力随着镍镀层厚度的增加先升高后降低,在镀层厚度为2.2μm时达到最大值。(4)表面电镀镍对碳纤维耐高温性能影响的研究。测试了镀层厚度为0.7μm的镀镍碳纤维经不同温度不同时长高温处理后的拉伸力学性能,研究发现,碳纤维表面镀镍可显著提高碳纤维的抗氧化性能,减少碳纤维在高温成型过程中损伤。通过对不同厚度的镀镍碳纤维进行短暂的高温处理(700℃,15s)来模拟成型过程中高温都对镀镍碳纤维的影响,将处理后的碳纤维进行单丝拉伸测试和SEM分析,并与未经过高温处理的镀镍碳纤维进行比较,可知:镀镍碳纤维经过高温处经理后的最大拉力的变化趋势一样;经过高温处理后镀镍碳纤维的最大拉力的损失随着镀层厚度的增加而降低。由此可知,增加镀层厚度可以提高碳纤维的抗氧化性能。
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