[发明专利]一种碳纤维增强铝锂合金复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到金属基复合材料的制备领域，具体来说是一种碳纤维增强铝锂合金复合材料及其制备方法。

背景技术

    锂是自然界中最轻的金属元素，密度仅为0.534g/cm³，镁的密度1.732g/cm³，在铝中每加入1％(质量分数)的锂可使合金密度降低3％，弹性模量增加约6％。

据推算，与采用传统铝合金制造的波音飞机相比，若采用先进铝锂合金用于制造将降低14.6％的机身重量，节约5.4％的燃料消耗，降低2.1％的制造成本，每架飞机每年将降低2.2％的飞行费用；战斗机也是铝锂合金率先展开应用的重要领域，若能减轻15％的机身重量，将会减少15％的飞机滑跑距离，延长20％的有效航程，同时增加30％的有效载荷。世界著名航空器制造者空中客车公司已采用大量A1-Li合金用于制造A380和A350，作为地板梁、机身蒙皮和下翼面桁条应用。

研究发现A1-Li二元合金存在韧性较低、各向异性严重、短横向强度较低、塑韧性水平较差、热暴露后会严重损失韧性等问题，限制了铝锂合金在飞行器领域的应用。

鉴于A1-Li二元合金的综合性能较差，通常需要在二元合金基础上单独或者复合添加Mg、Cu、Zr、Zn、Mn、Ag等合金元素，从而形成多种强化相，并改变强化相的数量和分布，达到改善其性能的目的，除文献报到外，还有一些专利申请公开了改善铝锂合金性能的技术方法。

经过技术检索发现中国专利申请：“公开号CN103687971A，申请日2012年5月16日，专利名称“具有改善的断裂韧性的铝镁锂合金”，公开了 “通过熔盐法制备了含多种微量合金元素的铝锂合金，并通过后续的热加工技术改善了铝锂合金的韧性。

中国专利申请：“公开号CN103509984A，申请日2013年9月28日，专利名称“一种超高强铝锂合金及其制备方法”，公开了 “用Mg、Ag、Zn微量元素共同复合微合金化强化，按合金成分配料，将原料熔化，经炉内精炼、静置后，浇铸成所需规格的合金铸锭，制造板材抗拉强度可达580MPa以上，同时延伸率高于7%，可用于航空航天、核工业、交通运输、兵器等领域的结构元件”。

中国专利申请：“公开号 CN103255322A，申请日2013年6月2日，专利名称 “高韧性超薄压铸铝锂合金”公开了 “通过控制合金中锌、铜、锰、锂、锶、镧及铈的含量制备具有疲劳抗力、裂纹扩展力、耐蚀性和耐热性均更好的铝锂合金”。

中国专利申请：“公开号CN102304653A，申请日2011年9月9日，专利名称“一种高塑性双相含钇的镁铝锂合金及其制备方法”，公开了“一种高塑性双相含钇的镁铝锂合金及其制备方法，该合金具体组分及其按质量百分比及含量如下：Li 9.50～10.80%, Al 3.00～5.00%, Y 0.50～0.70%, Zr 0.10～0.30%, 余量为Mg”。

中国专利申请：“公开号CN10201457A，申请日2010年10月27日，专利名称“一种高强韧铝锂合金及其制备方法”公开了“一种新型高强韧铝锂合金材料的显微组织均匀、性能稳定，适用于制造厚板及挤压材”。

从上述专利申请内容可以看出，通过在铝锂合金中添加微量合金元素并结合热处理、热加工技术可以显著提高铝锂合金的韧性、强度等性能。

碳纤维是一种耐热性、耐蚀性良好且密度较低，比强度较高的功能型纤维材料。碳纤维增强金属基复合材料不仅具有较低的密度、良好的强度和耐磨性，而且具有优良的导电、导热性、抗疲劳性、电磁屏蔽性等特点，因而其广泛应用在汽车、轨道交通、航空航天等领域。

发明内容

本发明的目的就是通过粉末冶金的方法烧结制备短碳纤维来增强铝锂合金，以改善铝锂合金的韧性及各向异性，提高铝锂合金的强度，拓展铝锂合金的应用空间。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种碳纤维增强铝锂合金复合材料，由铝锂合金粉及其体积分数为1～10%的经预先处理的碳纤维制成，其中，按照重量比，铝锂合金粉的组成成分为1～3%的Li、0.1～3.5% 的Mg、2～3%的Cu、0.1～0.5%的Mn、0.05～0.2%的Zr、0.3-1%的Zn和Al及不可避免的杂质；

所述经预先处理的碳纤维是指：将选取直径10微米的碳纤维剪成2-3mm的短碳纤维，然后依次进行灼烧、粗化和中和处理后得到。