[发明专利]一种碳纤维增强镁基复合板的制备方法

摘要

本发明涉及一种碳纤维增强镁基复合板的制备方法，是针对镁合金板强度低、耐磨性差的实际情况，在两镁合金板之间加填碳纤维布、镁锌铝共晶合金粉，在加热360℃、压强5MPa，振动频率3000次/min下，压制成碳纤维增强镁基复合层状板，然后在辊轧机进行轧制，制成碳纤维增强镁基复合板，复合板为5层结构，镁锌铝共晶合金粉浸润碳纤维布，与镁合金板形成浆料结合，复合板界面抗拉强度达20MPa，金相组织结构更加致密，此制备方法工艺先进合理，量值数据详实准确，利于工业化生产，是十分理想的制备碳纤维增强镁基复合板的方法。

主权项

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％。