[发明专利]汽车车门用稀土添加碳纤维铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土添加碳纤维铝基复合材料及其制备方法，具体涉及一种汽车车门用稀土添加碳纤维铝基复合材料及其制备方法。 

背景技术

随着科技的发展，在汽车领域中人们对汽车车门的综合使用性能以及车门表面光洁度的要求也越来越高。汽车车门的综合使用性能以及表面质量主要取决于所用的材料，现有的汽车车门大多采用金属材料制成，金属的强度高、性能好，但金属的密度大，因而制得的车门也比较笨重，现在也有碳纤维树脂基复合材料制得的汽车车门，但却面临成型困难的问题。 

经对现有技术检索，尚无公开过采用稀土用来改性碳纤维铝基复合材料这方面的在先文献。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，制备出一种新型碳纤维铝基复合材料，将少量的稀土添加到碳纤维铝基复合材料，并用于制造汽车车门，用这种材料制得的汽车车门强度高，质量轻，耐磨损、 耐腐蚀性能好，表面光洁平整。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案： 

一种稀土添加碳纤维铝基复合材料的制备方法，采用了粉末冶金法，其特征在于，依次包括备料步骤，碳纤维的预处理步骤，混料步骤，粉末预压步骤，除气以及粉末致密化步骤； 

所述的备料步骤，将原料按照如下重量百分比备料设计： 

稀土：4-6％； 

碳纤维8-10％； 

Cu：0.2-0.4％； 

Mg：2-2.5％； 

Zn：0.01-0.05％； 

Si：0.3％-0.5％； 

余量为Al； 

其中，稀土为氧化钇(Y₂O₃)或铯(Cs)； 

所述的碳纤维的预处理步骤，依次又包括对碳纤维进行镀前处理和镀Cu处理两个步骤， 

所述镀前处理步骤再依次包括除胶处理、粗化处理和亲水性处理三个步骤，具体依次为： 

(1)除胶处理：通过高温灼烧的方法实现的，烧灼工艺是烧灼温度为380℃，在此温度下持续烧灼30min； 

(2)粗化工艺：用浓硝酸进行粗化； 

(3)亲水性处理：用NaOH对碳纤维进行亲水性处理，并用去 离子水反复清洗，直至洗液呈中性为止。这可以增强碳纤维的表面粗糙度，使碳纤维表面呈现沟槽状，为后续步骤中Cu的沉积提供便利； 

镀Cu处理的方法很多，常用的有化学镀Cu、电镀Cu和气相沉积镀Cu，皆为成熟方法。 

所述的混料步骤，本发明采用的是磁力搅拌的方法，较普通球磨，磁力搅拌能使配料混合的更均匀，且不损坏配料原有的组织成分。 

所述的粉末预压步骤，一般要求预压坯密度为复合材料密度的70％-80％，以利于脱气阶段气体的逸出。 

所述的除气以及粉末致密化步骤：除气处理时除气温度一般应等于或者稍高于随后的热压、热加工变形和热处理温度，以避免压块中残存的水和气体造成材料中产生气泡和分层。 

本发明稀土添加碳纤维铝基复合材料，通过上述制备方法获得。 

本发明汽车车门用稀土添加碳纤维铝基复合材料，所述的汽车车门主要在外门板，内门板，内护板等部位使用此材料。 

本发明制备的稀土添加碳纤维铝基复合材料原理简单，采用通过往碳纤维铝基复合材料中添加适量的微量稀土元素，该设计方案可避免并克服碳纤维和铝复合时成型困难的问题，因为稀土的添加可以提高碳纤维和铝两者之间的结合性，从而使制备的复合材料容易成型。 

基于该备料方案本发明采用粉末冶金的方法制备出力学性能更为优良，耐磨性、耐腐蚀性更好的复合材料。用这种复合材料制得的汽车车门，表面亮度和平整度大大提高。且这种复合材料的原材料成本较低，制得的产品比传统的金属质车门的重量降低40-60％，强度 提高了2-3倍，从而减轻汽车总体的重量，起到节能减排的作用，提高了汽车车门的综合使用性能。 

强度的提高，重量的减轻以及表面亮度和平整度的提高主要是与材料有关，使用的稀土添加碳纤维铝基复合材料，基体碳纤维铝基复合材料本身就有重量轻、强度高的优势，稀土的添加可以使强度更高，且稀土可以提高碳纤维和铝的结合性，更容易成型出零部件；且稀土的添加可以改变复合材料的表面结构，因而可以增强表面亮度和平整度。