[发明专利]一种汽车高强韧防撞梁及其保温挤出成型工艺

权利要求书

1.一种汽车高强韧防撞梁,其特征在于：所述高强韧防撞梁包括有高强韧基材、包裹在高强韧基材外表面的编织碳纤维层、以及涂覆在编织碳纤维层外表面的高温陶瓷树脂；

所述高强韧基材包括有以下组成成分：硅铝酸盐2～5％、硼铝酸盐2～4％、纳米氮-硅-碳2～5％、纳米碳化硅2～4％、纳米氮化铝3～6％、高强韧中间合金15～20％、镁元素0.8～1.5％、铜元素1.5～2.5％、铬元素0.4～0.8％、锶元素0.8～1.5％、钛元素1.5～3.0％，其余为铝元素。

2.根据权利要求1所述的一种汽车高强韧防撞梁，其特征在于：所述高强韧中间合金包括有以下组成成分：镁-锌-锆-硅合金10～20％、钨-铁-钴-硅合金10～15％、铜-锌-铝合金5～10％、铜-锌-镓合金20～35％、钛-镍-铅-硼合金20～35％和纳米钛酸亚铁-钛酸镁粉10～15％。

3.根据权利要求1所述的一种汽车高强韧防撞梁，其特征在于：所述编织碳纤维层包括有以下组成成分：各向同性煤沥青80～85％、碳化钛2～5％、碳化锆2～3％、碳化钽2～5％、碳化铪2～4％、铜-锰-钨合金5～8％。

4.根据权利要求3所述的一种汽车高强韧防撞梁，其特征在于：所述编织碳纤维层的制备方法具体包括有以下步骤：

1).先将各向同性煤沥青加热至120～150℃，使煤沥青软化成液体状态，加入碳化钛、碳化锆、碳化钽、碳化铪、铜-锰-钨合金，将物料混合均匀；

2).将混合均匀的物料加入到静电离心纺丝机中进行纺丝，碳纤维丝在空气中稳定化并在1000～2000℃的高温氢气和氮气的环境中处理，得到碳纤维；

3).将得到的碳纤维使用纤维编织机进行编制，得到编制碳纤维，碳纤维进行堆叠编织，再将编织碳纤维加热至500～800℃，将编制碳纤维压制成防撞梁形状，得到编织碳纤维层。

5.根据权利要求4所述的一种汽车高强韧防撞梁，其特征在于：所述碳纤维的直径为10～50nm，编织得到的碳纤维层的厚度为3.0～8.5mm。

6.根据权利要求4所述的一种汽车高强韧防撞梁，其特征在于：所述编织碳纤维层在高温碳化的氢气和氮气的混合比例为1:5～9。

7.根据权利要求1所述的一种汽车高强韧防撞梁，其特征在于：所述高强韧基材在高强韧防撞梁所占的质量百分比为60～85％。

8.根据权利要求7所述的一种汽车高强韧防撞梁，其特征在于：所述编织碳纤维层在高强韧防撞梁所占的质量百分比为10～20％。

9.根据权利要求1所述的一种汽车高强韧防撞梁，其特征在于：所述高温陶瓷树脂包括有以下组成成分：高交联密度酚醛环氧型乙烯基树脂80～90％、碳化硅2～5％、硼化硅2～3％、氮化铝2～5％、氮化硅2～3％。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的汽车高强韧防撞梁的保温挤出成型工艺，其特征在于：所述挤出成型工艺包括有以下步骤：

1).熔炼：将组成高强韧基材的硅铝酸盐、硼铝酸盐、高强韧中间合金采用电弧炉或电感应炉熔炼，熔炼过程先抽真空小于-0.1MPa，温度升高至1500～2000℃，然后采用惰性气体或氮气保护熔炼，再加入纳米氮-硅-碳、纳米碳化硅、纳米氮化铝，搅拌至完全熔解并混合均匀；

加入镁元素、铜元素、铬元素、锶元素、钛元素和铝元素使其熔解并搅拌均匀后迅速降温至1000～1500℃；

2).挤出：再将熔融液体降温至500～800℃静置10～20min，控制熔体不凝固不结皮，然后在500～800℃加入预先设定好的铜模挤出机进行挤出，挤出温度控制为500～800℃，将挤出的挤出品迅速冷却至10～30℃，制备得到高强韧基材；

3).打磨：将得到的高强韧基材使用打磨机进行打磨和抛光，并用切割机对高强韧基材进行边角切割，使之达到设计尺寸，并在此基础上再次对高强韧基材进行打磨和抛光；

4).包裹：将准备好的防撞梁形状的编织碳纤维层包裹在高强韧基材的外表面，再升温至300～500℃，使得编织碳纤维层与高强韧基材进行紧密交联，再缓慢降温至10～30℃，降温速度为2～5℃/h，再次进行打磨和抛光；

5).成型：将高交联密度酚醛环氧型乙烯基树脂、碳化硅、硼化硅、氮化铝、氮化硅添加到坩埚熔炼炉熔化成树脂液，将包裹有编织碳纤维的高强韧基材放入到铜铸模中，设定好树脂层的厚度为0.8～1.5cm，再将树脂液浇入到铜铸模中，树脂液沉积在包裹有编织碳纤维层的高强韧基材的外表面，控制铜铸模的温度为10～30℃，树脂液冷却成型；

将喷覆后的复合材料块体缓慢冷却至100～200℃，降温速率控制为0.1～0.5℃/min，使得复合材料表面的抗氧化高熵合金层凝固，再急速冷却至10～30℃，使之固化成型；

6).后处理：将步骤5)获得的成型的高强韧防撞梁再次装入到铜铸模中进行第一级固溶处理，固溶温度为200～300℃，保温时间1～1.5h，在10～30℃的空气中冷却，得第一级固溶处理后的高强韧防撞梁；

将第一级固溶处理后的防撞梁连同铜铸模进行第二级固溶处理，固溶温度为180～250℃，保温时间0.5～1h，在10～30℃的空气中冷却，转移时间≤12s，得第二级固溶处理后的高强韧防撞梁；

将第二级固溶处理后的防撞梁连同铜铸模进行人工时效处理，时效温度为120～180℃，保温时间3～5h，在10～30℃的空气中冷却，取出后进行打磨和抛光，得到高强韧防撞梁成品。