汽車車門用稀土添加碳纖維鋁基復合材料及其制備方法
【專利摘要】汽車車門用稀土添加碳纖維鋁基復合材料及其制備方法。采用了粉末冶金法，依次包括備料步驟，碳纖維的預處理步驟，混料步驟，粉末預壓步驟，除氣以及粉末致密化步驟。所述的備料步驟，將原料按照如下重量百分比備料設計：稀土：4-6％；碳纖維8-10％；Cu：0.2-0.4％；Mg：2-2.5％Zn：0.01-0.05％；Si：0.3％-0.5％；余量為Al。本發明采用粉末冶金的方法制備出力學性能更為優良，耐磨性、耐腐蝕性更好的復合材料。用這種復合材料制得的汽車車門，表面亮度和平整度大大提高。且這種復合材料的原材料成本較低，制得的產品比傳統的金屬質車門的重量降低40-60％，強度提高了2-3倍，從而減輕汽車總體的重量，起到節能減排的作用，提高了汽車車門的綜合使用性能。
【專利說明】
汽車車門用稀土添加碳纖維鋁基復合材料及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種稀土添加碳纖維鋁基復合材料及其制備方法，具體涉及一種汽車車門用稀土添加碳纖維鋁基復合材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002]隨著科技的發展，在汽車領域中人們對汽車車門的綜合使用性能以及車門表面光潔度的要求也越來越高。汽車車門的綜合使用性能以及表面質量主要取決于所用的材料，現有的汽車車門大多采用金屬材料制成，金屬的強度高、性能好，但金屬的密度大，因而制得的車門也比較笨重，現在也有碳纖維樹脂基復合材料制得的汽車車門，但卻面臨成型困難的問題。
[0003]經對現有技術檢索，尚無公開過采用稀土用來改性碳纖維鋁基復合材料這方面的在先文獻。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在于克服現有技術中的不足，制備出一種新型碳纖維鋁基復合材料，將少量的稀土添加到碳纖維鋁基復合材料，并用于制造汽車車門，用這種材料制得的汽車車門強度高，質量輕，耐磨損、耐腐蝕性能好，表面光潔平整。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案:
[0006]一種稀土添加碳纖維鋁基復合材料的制備方法，采用了粉末冶金法，其特征在于，依次包括備料步驟，碳纖維的預處理步驟，混料步驟，粉末預壓步驟，除氣以及粉末致密化步驟；
[0007]所述的備料步驟，將原料按照如下重量百分比備料設計:
[0008]稀土:4-6% ；
[0009]碳纖維8-10%；
[0010]011:0.2-0.4% ；
[0011]%:2-2.5% ；
[0012]211:0.01—0.05%；
[0013]81:0.3% -0.5% ；
[0014]余量為八1；
[0015]其中，稀土為氧化釔(10)或銫(⑶；
[0016]所述的碳纖維的預處理步驟，依次又包括對碳纖維進行鍍前處理和鍍處理兩個步驟，
[0017]所述鍍前處理步驟再依次包括除膠處理、粗化處理和親水性處理三個步驟，具體依次為:
[0018](1)除膠處理:通過高溫灼燒的方法實現的，燒灼工藝是燒灼溫度為3801，在此溫度下持續燒灼30111111 ；
[0019](2)粗化工藝:用濃硝酸進行粗化；
[0020](3)親水性處理:用對碳纖維進行親水性處理，并用去離子水反復清洗，直至洗液呈中性為止。這可以增強碳纖維的表面粗糙度，使碳纖維表面呈現溝槽狀，為后續步驟中⑶的沉積提供便利；
[0021]鍍。處理的方法很多，常用的有化學鍍&1、電鍍和氣相沉積鍍&1，皆為成熟方法。
[0022]所述的混料步驟，本發明采用的是磁力攪拌的方法，較普通球磨，磁力攪拌能使配料混合的更均勻，且不損壞配料原有的組織成分。
[0023]所述的粉末預壓步驟，一般要求預壓坯密度為復合材料密度的70% -80以利于脫氣階段氣體的逸出。
[0024]所述的除氣以及粉末致密化步驟:除氣處理時除氣溫度一般應等于或者稍高于隨后的熱壓、熱加工變形和熱處理溫度，以避免壓塊中殘存的水和氣體造成材料中產生氣泡和分層。
[0025]本發明稀土添加碳纖維鋁基復合材料，通過上述制備方法獲得。
[0026]本發明汽車車門用稀土添加碳纖維鋁基復合材料，所述的汽車車門主要在外門板，內門板，內護板等部位使用此材料。
[0027]本發明制備的稀土添加碳纖維鋁基復合材料原理簡單，采用通過往碳纖維鋁基復合材料中添加適量的微量稀土元素，該設計方案可避免并克服碳纖維和鋁復合時成型困難的問題，因為稀土的添加可以提高碳纖維和鋁兩者之間的結合性，從而使制備的復合材料容易成型。
[0028]基于該備料方案本發明采用粉末冶金的方法制備出力學性能更為優良，耐磨性、耐腐蝕性更好的復合材料。用這種復合材料制得的汽車車門，表面亮度和平整度大大提高。且這種復合材料的原材料成本較低，制得的產品比傳統的金屬質車門的重量降低40-60%，強度提高了 2-3倍，從而減輕汽車總體的重量，起到節能減排的作用，提高了汽車車門的綜合使用性能。
[0029]強度的提高，重量的減輕以及表面亮度和平整度的提高主要是與材料有關，使用的稀土添加碳纖維鋁基復合材料，基體碳纖維鋁基復合材料本身就有重量輕、強度高的優勢，稀土的添加可以使強度更高，且稀土可以提高碳纖維和鋁的結合性，更容易成型出零部件；且稀土的添加可以改變復合材料的表面結構，因而可以增強表面亮度和平整度。
[0030]而本發明中的稀土添加碳纖維鋁基復合材料具有高強度、高模量、低密度、良好的耐磨性等很多優點，較未添加稀土的碳纖維鋁基復合材料，稀土的加入不僅可以提高復合材料的耐腐蝕性能，還可以提高材料的加工性能，更容易成型出結構復雜的零部件。此外，稀土可以使復合材料的表面結構發生變化，使復合材料表面變得更加光亮、美觀。稀土元素在碳纖維鋁基熔體中可形成細小的稀土復合化合物粒子，能促進復合體的非均勻形核，并使組織中復合物顆粒的尺寸減小、數量增加；與此同時，添加稀土元素有效地改善了組織中碳纖維的分布，有利于材料性能的改善。
[0031]較傳統金屬材料，本發明一方面大大降低了汽車車門重量，起到了節能減排的作用；另一方面增強了車門的強度和剛度，使車門的綜合性能更優良。因此稀土添加碳纖維鋁基復合材料非常適合制造汽車車門結構件。

【具體實施方式】
[0032]以下結合實施例對本發明技術方案做進一步說明。
[0033]實施例1
[0034]本實施例的稀土添加碳纖維鋁基復合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0035](1)備料步驟:將原料按照如下重量百分比備料設計:
[0036]稀土(109:4%
[0037](來自于市售，產品制造商:贛州金成源稀土，物理特征:白色粉末狀，0^8號是1314-36-9，稀土含量彡 99%，純度為 99% -99.9999%。)
[0038]碳纖維:9.6%
[0039]011:0.32%
[0040]%:2.05%
[0041]211:0.02%
[0042]81:0.36%
[0043]余量為八1
[0044](2)碳纖維的預處理:把從市場上買回來的17003碳纖維在3801的溫度下灼燒30.111！！進行除膠處理，將除膠后的碳纖維放入72%的濃硝酸中進行粗化處理，隨后用3.5%似0?進行親水性處理并用去離子水反復清洗，直至洗至中性為止。
[0045](3)碳纖維化學鍍銅:配備化學鍍銅溶液，包括硫酸銅52%、氫氧化鈉2.4%、甲醛0.36%，在化學鍍銅的過程中，為了防止副反應的發生，需要加入穩定劑甲醇，但要嚴格控制甲醇的用量，一般加入1001111溶液中加入18甲醇，電鍍30111111，隨后銅離子在催化劑表面進行氧化還原反應生成銅，沉積在碳纖維的表面，得到均勻厚度的銅沉積碳纖維。
[0046](4)混料:稱取知稀土義03，9.6^上述預處理后的碳纖維，0.32^的銅粒，2.05^的18粉，0.028的211粒，0.368的31粉，以及81.858的八1粉，利用磁力攪拌的方法將物料均勻混合，較普通球磨，磁力攪拌能使配料混合的更均勻，且不損壞配料原有的組織成分，設定的磁力攪拌器的轉速為95017111111，攪拌時間為611。
[0047](5)粉末預壓處理:將混合好的粉末放在壓模內，在室溫環境下對粉末壓坯各個方向施以350腿^均等的壓力，并且要求預壓坯的密度為復合材料的70-80%，以利于脫氣階段氣體的排出。
[0048](6)除氣處理:為避免制品中出現氣泡和裂紋，需要進行除氣處理，除氣溫度一般應等于或者稍高于隨后的熱壓、熱加工變形溫度，以避免壓塊中殘存的水和氣體造成材料中產生氣泡和分層，采用的除氣溫度為18501。
[0049](7)致密化處理:在粉末除氣后，對其進行致密化處理，在確保低成本和高生產率的情況下，通過單軸冷擠壓成坯，經過除氣后，以101加化的速率升至18001，并按照50: 1的擠壓比進行熱擠壓。
[0050](8)后續熱處理:為提高復合材料的綜合力學性能，將制得的稀土添加碳纖維鋁基復合材料進行熱處理，合適的熱處理制度為:4601固溶處理8匕隨后在1201的溫度下失效1811。
[0051]最終獲得的復合的碳纖維鋁基復合材料的抗拉強度為10201？^硬度為120取。稀土的添加可以提高復合材料的加工性能，很容易成型出結構復雜的汽車車門。
[0052]稀土元素對改變復合材料的力學性能非常明顯，加入4%的稀土元素，可以使復合材料的抗拉強度從912腿^提高到1020腿^，硬度從100取提高到120取，并且耐磨性和高溫穩定性明顯增強。用這種復合材料制造出的汽車車門比傳統的金屬質汽車車門的重量降低了 40-60%，強度提高了 3-5倍，不僅起到了節能減排的作用，還增強了車門的強度和剛度，更重要的是表面平整光潔，使車門的綜合性能更優良。
[0053]實施例2
[0054]稀土(08):6%
[0055]碳纖維:8%
[0056]011:0.2%
[0057]%:2.4%
[0058]211:0.03%
[0059]81:0.5%
[0060]余量為八1
[0061]采用實施例1 一樣的制備方法，本實施例獲得的復合的碳纖維鋁基復合材料的抗拉強度為1050腿^，硬度為122取。
[0062]對比實施例
[0063]本實施例作為對照例，未添加稀土的碳纖維鋁基復合材料，其重量百分比的組成:
[0064]碳纖維:9.6%
[0065]011:0.32%
[0066]%:2.05%
[0067]211:0.02%
[0068]81:0.36%
[0069]余量為八1
[0070]這種成分復合的碳纖維鋁基復合材料的抗拉強度為9121？3，硬度為100取，用這種復合材料成型汽車車門這種結構復雜的結構件時脫模困難，因而制得的車門表面平整度和亮度都不夠高。
【權利要求】
1.一種稀土添加碳纖維鋁基復合材料的制備方法，采用了粉末冶金法，其特征在于，依次包括備料步驟，碳纖維的預處理步驟，混料步驟，粉末預壓步驟，除氣以及粉末致密化步驟； 所述的備料步驟，將原料按照如下重量百分比備料設計: 稀土:4-6% ； 碳纖維8-10% ；
Cu:0.2-0.4% ；
Mg:2-2.5% ；
Zn:0.01-0.05% ；
Si:0.3% -0.5% ； 余量為Al ； 其中，稀土為氧化釔(Y2O3)或銫(Cs)； 所述的碳纖維的預處理步驟，依次又包括對碳纖維進行鍍前處理和鍍Cu處理兩個步驟， 所述鍍前處理步驟再依次包括除膠處理、粗化處理和親水性處理三個步驟，具體依次為: (1)除膠處理:通過高溫灼燒的方法實現的，燒灼工藝是燒灼溫度為380°C，在此溫度下持續燒灼30min ； (2)粗化工藝:用濃硝酸進行粗化； (3)親水性處理用NaOH對碳纖維進行親水性處理，并用去離子水反復清洗，直至洗液呈中性為止； 所述的粉末預壓步驟，預壓坯密度為復合材料密度的70% -80%,以利于脫氣階段氣體的逸出； 所述的除氣以及粉末致密化步驟:除氣處理時除氣溫度應等于或者稍高于隨后的熱壓、熱加工變形和熱處理溫度。
2.一種通過權利要求1所述制備方法獲得的稀土添加碳纖維鋁基復合材料。
【文檔編號】C22C47/14GK104313516SQ201410577002
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】何國球, 劉曉山, 田丹丹, 沈月, 呂世泉, 樊康樂, 佘萌 申請人:蘇州吳創材料科技發展有限公司