本文關(guān)鍵詞：涂層碳纖維增強(qiáng)AZ91鎂基復(fù)合材料制備與界面研究　出處：《南昌大學(xué)》2016年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鎂基(C_f/Mg)復(fù)合材料具有低密度、高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小、空間尺寸穩(wěn)定性好、不吸潮、不老化等優(yōu)良特點(diǎn),是解決高性能、輕量化問(wèn)題的理想材料,在航天、航空、家電、能源、汽車(chē)、運(yùn)輸、體育器材等領(lǐng)域的有著廣闊的應(yīng)用前景。但是,由于碳纖維與鎂合金的潤(rùn)濕性差、碳纖維與鎂合金界面反應(yīng)嚴(yán)重、難以?xún)舫尚蔚热秉c(diǎn),限制了連續(xù)C_f/Mg復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用。為了解決碳纖維與鎂合金潤(rùn)濕性差的問(wèn)題,防止或者降低復(fù)合材料不良界面反應(yīng),本文采用溶膠凝膠的方法,通過(guò)控制凝膠工藝、涂層涂敷過(guò)程、干燥燒結(jié)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了在碳纖維表面上制備連續(xù)、均勻、光滑、不開(kāi)裂的SiO_2、TiO_2、ZrO_2三種氧化涂層,用真空低壓的浸滲方式成功的制備了連續(xù)涂層C_f/AZ91復(fù)合材料,研究了不同浸滲工藝對(duì)復(fù)合材料致密度的影響規(guī)律,揭示了復(fù)合材料浸滲缺陷產(chǎn)生的主要工藝,實(shí)現(xiàn)了對(duì)浸滲參數(shù)的優(yōu)化。對(duì)復(fù)合材料的微觀界面、組織結(jié)構(gòu)、界面反應(yīng)層的形成規(guī)律進(jìn)行研究,揭示不同碳纖維表面涂層生成的界面產(chǎn)物對(duì)復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:碳纖維經(jīng)過(guò)氧化處理后對(duì)表面涂層涂敷效果明顯;碳纖維表面含氧基團(tuán)越多,涂層越厚。采用真空低壓的浸滲方式可以制備出致密度高、浸滲良好的涂層C_f/AZ91鎂基復(fù)合材料,并發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的致密度隨浸滲壓力的增大而持續(xù)增大,隨浸滲溫度的升高、保壓時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增長(zhǎng),隨碳纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而持續(xù)降低,其中影響復(fù)合材料致密度的關(guān)鍵因素是浸滲壓力和預(yù)制體的真空度;真空低壓法制備的復(fù)合材料浸滲缺陷主要為浸滲孔洞、縮孔、未浸滲完全、碳纖維團(tuán)聚和分布不均勻等;提高預(yù)制體預(yù)熱溫度和浸滲壓力、緩慢加壓降低浸滲速度等可以減少浸滲缺陷的產(chǎn)生,提高浸滲質(zhì)量。與未進(jìn)行涂層處理的C_f/AZ91復(fù)合材料相比,三種涂層碳纖維都能改善碳纖維與AZ91基體的潤(rùn)濕性,并在浸滲過(guò)程中保護(hù)了碳纖維,提高了浸滲質(zhì)量,有效的防止或者降低了碳纖維與鋁元素的界面反應(yīng)。三種涂層碳纖維中,ZrO_2涂層浸滲致密度最高,金相界面最潔凈,浸滲效果最好;SiO_2涂層是通過(guò)與鎂基體發(fā)生界面反應(yīng)從而改善了碳纖維和AZ91基體合金的潤(rùn)濕性,與鎂元素生成了針狀的Mg2Si,沒(méi)有起到阻擋層的作用,不能阻止碳纖維與基體中的鋁元素發(fā)生界面反應(yīng);TiO_2涂層是通過(guò)涂層外表面部分與鎂基體發(fā)生界面反應(yīng)從而改善了碳纖維與AZ91合金的潤(rùn)濕性,被置換出來(lái)的單質(zhì)鈦在液固界面前富集,阻止鋁元素的擴(kuò)散,剩余的TiO_2繼續(xù)以涂層的形式保護(hù)碳纖維,起到了阻擋層的作用;ZrO_2涂層是通過(guò)涂層外表面部分與鎂基體發(fā)生界面反應(yīng)從而改善了碳纖維與AZ91鎂合金的潤(rùn)濕性,生成的單質(zhì)Zr在基體合金中溶解、擴(kuò)散,而剩余的ZrO_2以涂層的形式繼續(xù)保護(hù)碳纖維,阻擋碳纖維與鋁元素發(fā)生界面反應(yīng)。
[Abstract]:Continuous carbon fiber reinforced magnesium matrix composites (C_f/Mg) with low density, high strength, high modulus, high temperature resistance, corrosion resistance, fatigue resistance, good thermal conductivity, low coefficient of thermal expansion space, good dimensional stability, moisture absorption, aging and other excellent characteristics, is an ideal material to solve the problem of high performance, lightweight in the fields of aerospace, aviation, automobile, household appliances, energy, transportation, and other sports equipment has a wide application prospect. However, due to the poor wettability of carbon fiber and magnesium alloy, the serious interface reaction between carbon fiber and magnesium alloy, and the difficulty of net forming, it limits the wide application of continuous C_f/Mg composites. In order to solve the problem of carbon fiber and magnesium alloy has poor wettability, prevent or reduce the adverse reaction of the composite interface, this paper adopts the method of sol gel, gel coating process, by controlling the process of drying, sintering process, the carbon fiber surface preparation of continuous, uniform and smooth, no cracking, TiO_2, SiO_2 ZrO_2 three oxidation coating, dip coating C_f/AZ91 continuous composite materials were prepared successfully for the study of low pressure vacuum infiltration, infiltration process of different influences on the composite density, reveals the main process of composite infiltration defects, to achieve the optimization of infiltration parameters. The microstructure, microstructure and interfacial reaction layer formation rule of composites were studied, and the influence of interfacial products on the interface structure of composites was revealed. The results show that the coating effect on the surface coating is obvious after the oxidation treatment of carbon fiber, and the more oxygen group on the surface of carbon fiber, the thicker the coating is. By the way of low pressure vacuum infiltration can be prepared with high density and infiltration coating of C_f/AZ91 magnesium matrix composites were good, and found that the density of the composite with the increase of permeability and pressure leaching continued to increase, with the increasing infiltration temperature and the holding time prolonged, with the increase of carbon fiber volume the scores continued to decrease, the key factors affecting the composite density is the infiltration pressure and preform vacuum; composite material prepared by vacuum low pressure infiltration defects are mainly infiltration pores, shrinkage, infiltration, not completely carbon fiber agglomeration and uneven distribution; improve the preheating temperature of preform and slowly reduce the pressure infiltration pressure, infiltration velocity can reduce the infiltration of defects, improve the quality of infiltration. Compared with no C_f/AZ91 composite coating, the wettability of three kinds of coated carbon fiber can improve the carbon fiber and AZ91 matrix, and the infiltration process in the protection of the carbon fiber, improve the quality of infiltration, effectively prevent or reduce the carbon fiber and aluminum elements in interfacial reaction. Three kinds of coated carbon fiber, ZrO_2 coating infiltration density is highest, the most clean interface metallographic, infiltration effect of SiO_2 coating is the best; the interfacial reaction with the magnesium matrix so as to improve the wettability of carbon fiber and AZ91 matrix alloy, formation of acicular Mg2Si and magnesium, did not play the role of barrier can't stop, aluminum elements of carbon fiber and matrix in the interface reaction; TiO_2 coating by coating the outer surface of the magnesium matrix and interfacial reaction so as to improve the wettability of carbon fiber and titanium alloy AZ91, elemental is replaced in liquid and solid circles before enrichment, to stop the spread of Al, the remaining TiO_2 to continue in the form of carbon fiber protective coating, played the role of barrier layer; ZrO_2 coating is coated by the outer surface part and the magnesium matrix interfacial reaction so as to improve the wettability of carbon fiber and AZ91 magnesium alloy, the generated The single Zr is dissolved and diffused in the matrix alloy, while the remaining ZrO_2 continues to protect the carbon fiber in the form of coating, blocking the interfacial reaction between the carbon fiber and the aluminum.
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB333

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