分享到:

CF/Al复合材料准静态压缩细观损伤与断裂力学行为研究

连续石墨纤维增强铝合金复合材料(CF/Al复合材料)充分发挥石墨纤维高强度、高模量和基体铝合金的高韧性,具有密度低、比强度高、比模量高和热膨胀系数低等优点。目前对CF/Al复合材料的研究主要集中在制备工艺、微观组织、界面形成机理与控制等方面,而关于其承载变形中组元材料与界面损伤演化和失效及其对宏观断裂力学行为影响的研究并不多。掌握CF/Al复合材料承载时的微观损伤演变规律与断裂失效机理,不但可为复合材料组元与界面设计以及制备工艺优化提供理论依据,也是该复合材料走向工程应用亟需解决的科学问题。本文针对真空压力浸渗制备的CF/Al复合材料,采用细观力学数值模拟和实验相结合的方法,研究了其在轴向和横向准静态压缩载荷下的损伤演化与断裂失效行为,分析了界面与纤维性能以及纤维体积分数对复合材料轴向和横向压缩力学性能的影响,以期为通过组分性能和细观结构设计实现CF/Al复合材料高性能制备提供理论依据。具体研究内容及结果如下:(1)采用真空压力  (本文共65页) 本文目录 | 阅读全文>>

沈阳工业大学
沈阳工业大学

碳纤维电镀/化学镀复合涂层制备Cf/Al复合材料

铝基碳纤维(Cf/Al)复合材料是目前复合材料研究的热点之一。由于存在碳纤维与铝的润湿性差、界面结合困难的问题,一般需要采用电镀、化学镀的方式,使碳纤维表面金属化,本研究采用上述方式分别在碳纤维表面镀覆金属铜、镍-磷两种镀层,以改善碳纤维与铝的润湿和结合。Cf/Al复合材料的制备一般采用挤压铸造、真空液态浸渗、粉末冶金等方法,制备成本高,工艺复杂,为此,本文拟采用常规重力铸造方式制备Cf/Al复合材料,通过浇注铝液后保温,促进了铝液向碳纤维丝束间的渗透。本文设计制作了一套用于电镀化学镀实验的小型镀槽,同时设计了一个用于碳纤维电镀、化学镀的缠绕架,架子最上端设计为平板,电镀时用两片铜板夹在该平板上以便通电;设计了一套造型装置,用于制造浇注Cf/Al复合材料的砂型,该造型装置由两块定位钢板、四根钢制砂芯、两根丝杠组成,各组成部分的尺寸都严格精确地一一对应;设计了一套固定碳纤维的钢制挡板,与砂芯中心对应的部位钻有四个小孔,用于维持碳纤...  (本文共63页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

Cf/Al复合材料表面稀土膜的表征及耐蚀特性研究

碳纤维增强铝基(Cf/Al)复合材料在航天、空间领域有广阔的应用背景,这一材料应用的关键技术之一是耐蚀性能问题。本文在Cf/6061Al复合材料多相表面制备了两种稀土耐蚀膜层,即稀土转化膜和Ni-P/稀土多层膜,系统研究了两种膜层微观组织和耐蚀性能,探索两种稀土膜层的沉积机制和耐蚀特性。Cf/Al复合材料表面形成的稀土Ce转化膜层是由岛状、凸凹不平的纳米级别球形颗粒层层堆积而成,膜层厚度约3μm,球形颗粒大小在4nm~8nm之间,颗粒团聚明显。TEM测得的晶体结构特征表明,稀土膜层由多种Ce的化合物混合而成, Ce转化膜层主要成分是Ce的氧化物和氢氧化物,化合价态为Ce3+和Ce4+,膜层中还含有少量铝的化合物,表明Ce转化膜成膜过程中伴随着铝基体的溶解。Cf/Al复合材料多相表面的稀土转化膜层沉积机理为:在铝合金基体上成膜符合“微阴极成膜机理”;增强体碳纤维表面稀土化合物沉积以化学吸附和物理吸附为主要形式,而且碳纤维表面的“悬...  (本文共158页) 本文目录 | 阅读全文>>

郑州大学
郑州大学

短碳纤维表面处理及粉末冶金法制备Cf/Al复合材料的研究

碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、低热胀系数等优良特性,以碳纤维为增强体的铝基复合材料能够充分发挥碳纤维与铝合金的优势,成为汽车、航空航天、体育用品等领域广泛采用的材料。本文针对在碳纤维增强铝基复合材料的制备过程中产生的碳铝界面的浸润性、界面反应等问题,研究了碳纤维的表面处理工艺。采用粉末冶金工艺制备了短碳纤维增强复合材料,对碳纤维增强铝基复合材料的制备与热处理进行了优化,对复合材料的微观组织、物理性能和热处理性能进行了研究。试验结果表明:通过对碳纤维短切、表面灼烧、粗化、中和、敏化-活化二步法等预处理工序,能够得到了表面附着有均匀催化剂银的短碳纤维。经过化学镀铜和电镀处理,得到优质的镀铜碳纤维。通过对碳纤维表面处理在各种处理液进行表面处理,发现粗化、中和、敏化、还原处理液在处理过程中均未发生较大变化。而活化液与镀铜液却不能再次利用。通过对活化与镀铜的工艺改进,实现了所有处理液的多次使用,从而降低成本,提高处理效率。使用...  (本文共61页) 本文目录 | 阅读全文>>

《电焊机》2018年08期
电焊机

基于钎焊法制备Cf/Al复合材料工艺研究

0前言碳纤维(Carbon Fiber,Cf)增强铝基(Cf/Al)复合材料具有耐高温、耐腐蚀等诸多优良特征,已成为航空航天领域的重要功能材料之一[1-4]。目前Cf/Al复合材料的制备方法主要有固态法和液态法两种[5-7]。液态法工艺成熟,但制备温高、周期长,易发生过量的界面反应,影响材料的强度[8]。帅甜田等[9]采用热压扩散法制备了层压编织Cf/Al复合材料,其复合材料的致密度高,Cf与基体界面结合良好但有生成。喻思[10]等通过热等静压制备出无孔洞的Cf/Al复合材料,单其制备压力高达120 MPa,时间长达2 h。本研究采用钎焊法通过箱式电阻炉和真空热压炉加热成功制备出碳纤维增强铝基(Cf/Al)复合材料,该方法利用钎料来填充Cf的间隙,制备温度低、效率高。研究了钎料成分、加压状态以及加压方法对Cf/Al复合材料成形的影响,并分析其显微结构。1 试验材料和方法试验基体材料为2 mm厚的纯铝1060板材,切割成尺寸45 ...  (本文共5页) 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

Y元素对Cf/Al复合材料界面影响的第一性原理计算及其验证

为改善Cf/Al复合材料界面结合状态,国内外进行大量基体合金化的研究,而现阶段的研究以实验为主而缺少理论研究。本文采用第一性原理计算模拟Cf/Al复合材料界面,探究向Al基体中添加合金Y元素对界面的影响。针对模拟结果优选制备了基体中添加Y元素的Cf/Al复合材料,对复合材料微观组织进行SEM、TEM观察,并对其横向拉伸性能、层间剪切性能和弯曲性能进行测试,分析其界面结合状态及其对界面强韧性的影响。基于CASTEP的计算表明,Cf/Al界面模型的粘附功计算值为0.111 J·m-2,其值为正,Cf/Al界面是较稳定界面且Al和C之间由于较大界面间距和无缺陷的石墨环结构导致两者之间无明显的电荷转移。对于稀土元素Y替换Al原子的Cf/Al界面,其粘附功有较大幅度的提高。从晶格缺陷能的计算可知,稀土元素Y替换第一层Al原子时体系最稳定,说明了Y更容易向界面偏聚的特性。通过对比其他合金元素对Cf/Al界面的影响发现Y对界面粘附功的提高程度...  (本文共72页) 本文目录 | 阅读全文>>