[发明专利]一种界面改性纤维增强金属基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种界面改性纤维增强金属基复合材料，体积密度小于3.0g/cm³，由增强纤维、界面层和金属基体组成。制备方法包括以下步骤：将增强纤维织成纤维预制体，先后制备化学气相渗透涂层和化学镀涂层，然后将铝合金或铜合金熔体压铸到纤维预制体中，冷却得到界面改性纤维增强金属基复合材料。本发明制备复合材料纤维和金属基体结合稳定，材料性能优异，抗弯强度、弹性模量、布氏硬度均大幅度提高，服役温度也分别高出铝合金、铜合金100℃以上，在高温动载领域有重要应用价值。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强金属基复合材料及其制备方法，特别涉及一种界面改性纤维增强金属基复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和高硅氧纤维作为典型的高性能无机纤维，具有轻质、高比强、高比模、耐高温、耐化学腐蚀和低热膨胀系数等优点，已经广泛的应用于航空航天、高铁、汽车、体育用品和核工业等领域。

但是由于无机纤维表面惰性大、缺少具有活性的官能团，当其与金属材料复合时，二者存在明显的成分差别和界面不相容性，而且无机纤维与金属的润湿效果较差，所以二者复合时存在较多问题。因此，对高性能无机纤维进行表面改性至关重要。

化学镀是一种绿色环保、成本较低、应用较广泛的表面金属化改性方法，利用化学镀技术制备的镀层均匀、牢固且成分易于控制，化学镀已成为无机纤维表面界面改性的常用制备技术之一。

申请公告号为CN107058986A的中国发明专利公开了一种在碳纤维表面化学镀镍的方法，具体方法为：(1)预处理：碳纤维的预处理分为脱脂处理、粗化处理、敏化处理、活化处理；(2)配置镀液：以去离子水为溶液，依次加入如下成分：主盐：六水合硫酸镍30～45g/L，配合剂：氯化铵25～30g/L，稳定剂、络合剂：柠檬酸钠15～25g/L，用氢氧化钠溶液调节pH值为10～11；(3)经过预处理的碳纤维浸入步骤二配置的镀液中，待镀液温度升至80～100℃时，将25ml/L的水合肼溶液缓慢滴加到镀液中进行还原；(4)将还原后的碳纤维置于80～100℃的真空干燥箱中干燥。

申请公告号为CN108342721A的中国发明专利公开了一种玻璃纤维表面化学镀Ni-Co-Pr-B四元合金镀液及其制备方法，包括以下操作步骤：(1)玻璃纤维预处理；(2)将氯化镍、氯化钴、硫酸镨、硼氢化钠、酒石酸钠钾、焦亚硫酸钠和乙二胺分别用蒸馏水溶解；(3)将步骤(2)中完全溶解的氯化镍、氯化钴、硫酸镨、焦亚硫酸钠和乙二胺溶液混合均匀后，加入到酒石酸钠钾溶液中，搅拌均匀；(4)将硼氢化钠溶液缓慢加入步骤(2)所配好的溶液，稀释，用氢氧化钠调节pH值为11～14；(5)将步骤(1)中预处理后的玻璃纤维加入到步骤(3)配制好的镀液中进行化学镀锡镍，施镀温度55～90℃；(6)将步骤(5)制备获得的镀Ni-Co-Pr-B玻璃纤维烘干。

申请公告号为CN109161876A的中国发明专利公开了一种尼龙纤维表面化学镀银方法，包括以下步骤：(1)除油：取定量的纤维放入洁净的容器中，向容器内加入用于降低纤维的表面张力的碱性除油剂；(2)敏化液A敏化处理：将步骤(1)所得的纤维完全浸没于现配的敏化液A中，使纤维表面吸附一层具有催化活性的金属；(3)敏化液B敏化处理：将步骤(2)所得的纤维完全浸没于现配的敏化液B中，使纤维表面的羰基官能团与敏化液B中的羟基官能团形成氢键；(4)活化：将步骤(3)所得的纤维完全浸没于现配的银氨溶液中；(5)向步骤(4)所得的溶液中加入定量的葡萄糖还原液。

目前，无机纤维采用化学镀法进行表面改性处理时，都是在还原处理后将纤维直接取出放入烘箱中干燥，这样易导致纤维丝束间的镀层粘连在一起，在金属基体的复合过程中，金属较难填充到纤维束内，从而影响复合材料的性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种界面改性纤维增强金属基复合材料及其制备方法，在化学镀法制备界面层时加入正己烷，从而克服现有材料及技术的缺点。