[发明专利]一种碳纤维增强镁基复合板的制备方法

权利要求书

1.一种碳纤维增强镁基复合板的制备方法，其特征在于：本发明使用的化学物质材料为：镁合金板、碳纤维布、镁块、铝块、锌块、去离子水、丙酮、氩气、砂纸，其组合准备用量如下：以毫米、克、毫升、厘米³为计量单位

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制；

镁合金板：固态固体

碳纤维布：固态固体  含碳量≥95％

镁块：固态固体99.0％

铝块：固态固体99.0％

锌块：固态固体99.0％

去离子水：液态液体99.9％

丙酮：液态液体99.9％

氩气：气态气体99.99％

砂纸：固态固体

(2)制备镁锌铝共晶合金粉

制备镁锌铝共晶合金粉是在感应熔炼炉中进行的；

①将镁块15.40g±0.01g、锌块17.43g±0.01g、铝块0.35g±0.01g置于感应熔炼炉内的坩埚中；

②抽取炉内空气，使炉内气压≤1Pa，然后输入氩气，氩气输入速度为80c m³/min，使炉内压强保持在1个大气压；

③开启感应熔炼炉加热器，使炉内温度升温至360℃±2℃，在此温度恒温、保温、熔炼5min±1min，然后停止加热，使其随炉冷却至25℃，然后取出镁锌铝共晶合金锭；

④将镁锌铝共晶合金锭机械切割成镁锌铝共晶合金块；

⑤将镁锌铝共晶合金块置于粉碎机内粉碎，然后用140目筛网过筛，粉碎、过筛反复进行，成镁锌铝共晶合金粉，粉体颗粒直径≤0.109mm；

(3)制备通槽开合式模具

通槽开合式模具呈矩形筒状，模具型腔尺寸为50mm×50mm×500mm，用不锈钢材料制作，型腔表面粗糙度为Ra0.16-0.32μm；

(4)处理碳纤维布

①将2块碳纤维布放入真空热处理炉中，先抽取炉内空气，使炉内气压≤1Pa，然后输入氩气，氩气输入速度为80cm³/min，使炉内压强保持在1个大气压，然后加热至600℃±5℃，恒温保温30min±1min，然后停止加热，随炉冷却至25℃取出；

②将热处理后的碳纤维布置于烧杯中，用200ml丙酮清洗，清洗后晾干；

(5)压制碳纤维增强镁基复合层板

制备碳纤维增强镁基复合层板是在加热振动压力机上进行的，是在通槽开合式模具内，在加热、振动、压力状态下完成的；

①将通槽开合式模具垂直安装在压力机的振动工作台上；

②将下电阻加热器垂直安装在通槽开合式模具底部，平面部向上，并接通加热电源；

③在下电阻加热器的平面上置放镁合金板，在镁合金板上用喷粉器均匀喷洒镁锌铝共晶合金粉0.35g±0.01g，厚度0.2mm±0.05mm，在镁锌铝共晶合金粉上部平整铺设1块碳纤维布，在碳纤维布上部用喷粉器均匀喷洒镁锌铝共晶合金粉0.35g±0.01g，厚度0.2mm±0.05mm，在镁锌铝共晶合金粉上部置放镁合金板，然后再用喷粉器均匀喷洒镁锌铝共晶合金粉0.35g±0.01g，厚度0.2mm±0.05mm，在镁锌铝共晶合金粉上部平整铺设1块碳纤维布，在碳纤维布上部用喷粉器均匀喷洒镁锌铝共晶合金粉0.35g±0.01g，厚度0.2mm±0.05mm，在镁锌铝共晶合金粉上部置放镁合金板，在镁合金板上部垂直置放上电阻加热器，并接通加热电源，平面部压在镁合金板上，在上电阻加热器上部置放上压块，在上压块上由压力机压头压住，压头连接压力电机；

④开启上下电阻加热器，加热温度均为360℃±5℃；

⑤开启压力电机，使压力电机压强逐渐增至5MPa；

⑥开启振动工作台，振动频率为3000次/min，加热、加压、振动时间为30min±2min；

⑦在加热、加压、振动过程中，各层间的空气排出，镁锌铝共晶合金粉熔化、粘合，成层状结构；

⑧关闭上、下电阻加热器，关闭压力电机，振动工作台停止振动，使层状复合板趁热立即转入轧制；

⑨打开通槽开合式模具，拉升上电阻加热器，取出层状复合板，即镁基复合层板；

(6)轧制碳纤维增强镁基复合层板

碳纤维增强镁基复合层板的轧制是在辊轧机上进行的，是在上、下轧辊相向转动下完成的；

①将镁基复合层板置于上轧辊和下轧辊之间，正面送料、反面出料，调整好轧制变形尺寸，调整好上轧辊和下轧辊的转动方向和速度，上轧辊转动方向为顺时针，下轧辊转动方向为逆时针；

②开启上轧辊、下轧辊，使其同步转动，镁合金复合层板由正面送进，反面轧出，轧制速度为100mm/s，轧制道次为1道次，轧制后为：碳纤维增强镁基复合板；

(7)低温回火处理

将碳纤维增强镁基复合板置于热处理炉中，进行低温回火处理，回火温度150℃±5℃，回火时间120min±5min；回火后，停止加热，使其随炉冷却至25℃；

(8)修正切边，表面处理

①将低温回火处理的碳纤维增强镁基复合板置于平板上，用机械切边，成方形；

②用砂纸打磨复合板表面及周边，使表面光洁；

(9)检测、化验、分析、表征

对制备的碳纤维增强镁基复合板的形貌、色泽、化学成分、金相组织、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；

用金相显微镜和扫描电子显微镜及X射线能谱仪进行显微组织观察和化学成分分析；

用X射线衍射仪进行层间物相分析；

用电子万能试验机进行结合强度测试；

结论：碳纤维增强镁基复合板为5层结构，即：镁合金板层+碳纤维层+镁合金板层+碳纤维层+镁合金板层，镁锌铝共晶合金粉在加热、振动、加压过程中浸润碳纤维层；碳纤维增强镁合金复合板界面抗拉强度为20MPa；

(10)包装储存

对制备的碳纤维增强镁基复合板用软质材料包装，储存于干燥、洁净环境，要防潮、防氧化、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10％。