【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于金屬基復(fù)合材料，具體涉及一種表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、鋁基復(fù)合材料是一種以金屬鋁或鋁合金為基體，以連續(xù)長纖維、短纖維、晶須及顆粒等為增強相的復(fù)合材料，其具有比強度高、耐腐蝕、低膨脹系數(shù)等優(yōu)異的綜合性能，且成本較低，在航空、航天、汽車、裝甲防護等工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。鋁基復(fù)合材料的研發(fā)應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，其常用的增強體材料主要有碳化硅纖維、顆粒，納米碳（石墨烯、碳納米管）及碳纖維等。其中，碳纖維的強度、模量高，對基體具有顯著的強化效果，但由于鋁基體及碳纖維之間的界面反應(yīng)生成al4c3脆性相，對復(fù)合材料的綜合性能具有不利影響，目前碳纖維增強鋁基復(fù)合材料尚處于研究階段。
2、與碳纖維、碳化硅纖維相比，pbo纖維（聚對苯撐苯并二噁唑纖維）具有更高的強度及模量，其抗拉強度達到5.8gpa，且具有更好的塑性（斷后伸長率：3.5%），是更為理想的增強體材料。同時，pbo纖維的耐沖擊、耐高溫、耐摩擦性能及尺寸穩(wěn)定性均較為優(yōu)異，被稱為“21世紀(jì)的超級纖維”。因而，相較于碳纖維，pbo纖維能夠更有效改善鋁基復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。但pbo纖維表面光滑，無極性基團，且在燒結(jié)過程中不會與鋁基體發(fā)生元素擴散或反應(yīng)以生成界面產(chǎn)物，導(dǎo)致其與鋁基體間的界面結(jié)合強度有限，不利于復(fù)合材料綜合力學(xué)性能的進一步提高。表面鍍鎳是指采用化學(xué)鍍或電鍍工藝在纖維等表面涂覆一層金屬鎳，促進纖維表面與金屬基體間通過擴散或反應(yīng)的方式生成界面相，以改善二者間的界面結(jié)合強度。但目前，有關(guān)表面鍍鎳pbo纖維增
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在于提供一種表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料及其制備方法。首先采用超聲分散設(shè)備將pbo短切纖維分散并對纖維進行粗化處理，后通過化學(xué)鍍鎳工藝在pbo短切纖維表面涂覆一層金屬鎳，之后將表面鍍鎳的pbo短切纖維與鋁粉按預(yù)定比例放入球磨罐中，通過三維行星式振動球磨機進行球磨混合處理，使其充分混合均勻，得到混合物料；后將混合物料放入硬質(zhì)合金模具中，并置于放電等離子燒結(jié)爐（sps）內(nèi)，在高溫高壓條件下進行燒結(jié)處理，得到復(fù)合材料坯體，最后將復(fù)合材料坯體放入真空氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進行高溫退火處理，得到表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料，從而實現(xiàn)本專利技術(shù)目的。
2、為了實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供以下技術(shù)方案：
3、一種表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，所述方法步驟包括：
4、（1）將pbo短切纖維置于超聲分散設(shè)備中，在其中加入無水乙醇，進行超聲分散處理，分散完成后將纖維濾出并烘干；
5、（2）將步驟（1）中處理后的pbo短切纖維浸入濃硫酸中進行粗化處理，濃硫酸濃度為60~90%，浸泡時間為10~40s，浸泡后采用去離子水沖洗纖維，獲得待鍍pbo短切纖維；
6、（3）配制化學(xué)鍍鎳液，所用溶劑包括：六水合硫酸鎳、檸檬酸鈉、次磷酸鈉、焦磷酸鈉、ph調(diào)節(jié)劑及去離子水，其中ni2+的濃度為0.02~0.08mol/l，檸檬酸鈉濃度為0.01~0.10mol/l，次磷酸鈉濃度為0.05~0.20mol/l，焦磷酸鈉濃度為0.10~0.30mol/l，ph調(diào)節(jié)劑為naoh、koh或氨水，鍍鎳液ph值為9~13；
7、（4）將pbo短切纖維浸入鍍鎳液中，在其中加入鐵作為反應(yīng)介質(zhì)，加入次亞磷酸鈉作為還原劑，次亞磷酸鈉濃度為10~45g/l，在超聲攪拌的作用下進行化學(xué)鍍鎳處理，超聲頻率為10~20khz，鍍鎳溫度為50~90℃，鍍鎳反應(yīng)時間為60~150min，鍍鎳完成后用去離子水沖洗纖維7~10次并于70~120℃下烘干，獲得表面鍍鎳pbo短切纖維；
8、（5）將表面鍍鎳pbo短切纖維和鋁粉混合放入球磨罐中，表面鍍鎳pbo短切纖維質(zhì)量分數(shù)為2~10wt%，在其中加入氧化鋁球磨球，球料比為2~8∶1；
9、（6）將球磨罐固定在三維行星式振動球磨機中進行球磨混合處理，球磨轉(zhuǎn)速為100~500r/min，球磨時間為2~8h，得到混合均勻的表面鍍鎳pbo短切纖維/鋁粉混合物料；
10、（7）將混合物料放入硬質(zhì)合金模具并置于放電等離子燒結(jié)爐（sps）爐中進行燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為450~600℃，燒結(jié)壓力為100~300mpa，保溫保壓時間為10~45min，燒結(jié)完成后脫模得到表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料坯體；
11、（8）將表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料坯體放入真空氣氛燒結(jié)爐中進行高溫退火處理，退火溫度為300~500℃，退火保溫時長為1~4h，退火完成后隨爐冷卻至室溫，得到表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料。
12、優(yōu)選的，所述步驟（2）中，pbo短切纖維長度為1~6mm，粗化處理所用濃硫酸濃度為70~80%，浸泡時間為20~40s；
13、優(yōu)選的，所述步驟（3）中，鍍鎳液中ni2+的濃度為0.03~0.06mol/l，檸檬酸鈉濃度為0.02~0.05mol/l，次磷酸鈉濃度為0.10~0.16mol/l、焦磷酸鈉濃度為0.15~0.25mol/l，鍍鎳液ph值為10~12；
14、優(yōu)選的，所述步驟（4）中，次亞磷酸鈉濃度為15~30g/l，鍍鎳溫度為60~80℃，鍍鎳反應(yīng)時間為80~120min；
15、優(yōu)選的，所述步驟（5）中，鋁粉粒徑為20~200μm，鍍鎳pbo短切纖維質(zhì)量分數(shù)為3~7wt%，球料比為3~6∶1；
16、優(yōu)選的，所述步驟（6）中，球磨轉(zhuǎn)速為200~400r/min，球磨時間為3~5h；
17、優(yōu)選的，所述步驟（7）中，放電等離子燒結(jié)溫度為475~575℃，燒結(jié)壓力為150~250mpa，保溫保壓時間為15~30min；
18、優(yōu)選的，所述步驟（8）中，高溫退火溫度為350~450℃，退火保溫時長為2~3h。
19、由上述方法制得的一種表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料。
20、本專利技術(shù)的有益效果：
21、（1）本專利技術(shù)涉及的一種表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料及其制備方法，所述復(fù)合材料制備過程包括pbo短切纖維超聲分散、纖維表面鍍鎳、球磨混粉、放電等離子燒結(jié)及后續(xù)高溫退火。在鍍鎳處理前，對pbo短切纖維進行粗化處理以使其表面粗糙，有利于增大纖維與鍍鎳層間的結(jié)合力，從而易于后續(xù)鍍鎳處理。
22、（2）鍍鎳反應(yīng)溫度及時間對鍍鎳效果及復(fù)合材料綜合力學(xué)性能具有重要影響：當(dāng)鍍鎳反應(yīng)溫度過低，反應(yīng)時間過短時，化學(xué)反應(yīng)程度較低導(dǎo)致pbo表面鎳鍍層較薄且分布不均勻、不致密，導(dǎo)致纖維與鋁基體間的界面結(jié)合力有限；而鍍鎳反應(yīng)時間過長，一方面會造成鍍鎳層厚度過大，易出現(xiàn)鍍層厚度不均勻現(xiàn)象，致使復(fù)合材料的界面結(jié)合強度降低，另一方面，鍍鎳時間過本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種表面鍍鎳PBO短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法步驟包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳PBO短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中，PBO短切纖維長度為1~6mm，粗化處理所用濃硫酸濃度為70~80%，浸泡時間為20~40s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳PBO短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（3）中，鍍鎳液中Ni2+的濃度為0.03~0.06mol/L，檸檬酸鈉濃度為0.02~0.05mol/L，次磷酸鈉濃度為0.10~0.16mol/L、焦磷酸鈉濃度為0.15~0.25mol/L，鍍鎳液pH值為10~12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳PBO短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（4）中，次亞磷酸鈉濃度為15~30g/L，鍍鎳溫度為60~80℃，鍍鎳反應(yīng)時間為80~120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳PBO短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（5）中，鋁粉粒徑為20~20
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳PBO短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（6）中，球磨轉(zhuǎn)速為200~400r/min，球磨時間為3~5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳PBO短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（7）中，放電等離子燒結(jié)溫度為475~575℃，燒結(jié)壓力為150~250MPa，保溫保壓時間為15~30min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳PBO短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（8）中，高溫退火溫度為350~450℃，退火保溫時長為2~3h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述方法制得的一種表面鍍鎳PBO短切纖維增強鋁基復(fù)合材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法步驟包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中，pbo短切纖維長度為1~6mm，粗化處理所用濃硫酸濃度為70~80%，浸泡時間為20~40s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（3）中，鍍鎳液中ni2+的濃度為0.03~0.06mol/l，檸檬酸鈉濃度為0.02~0.05mol/l，次磷酸鈉濃度為0.10~0.16mol/l、焦磷酸鈉濃度為0.15~0.25mol/l，鍍鎳液ph值為10~12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面鍍鎳pbo短切纖維增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（4）中，次亞磷酸鈉濃度為15~30g/l，鍍鎳溫度為60~80℃，鍍鎳反應(yīng)時間為80~120min。
5.根...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高沖，閆少謙，徐興亞，段婷婷，王玲玲，曲宇鵬，王姍，郭雁，王吉輝，張穎異，汪得功，王玲，李寧，黃玉松，辛培訓(xùn)，
申請(專利權(quán))人：山東非金屬材料研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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