碳纤维铝蜂窝复合材料汽车保险杠横梁轻量化设计

采用碳纤维铝蜂窝复合材料替代原铝合金材料,对汽车的保险杠横梁进行轻量化设计,并利用Abaqus CAE软件对比分析铝合金(6082-T6)、T300和T700碳纤维以及T300碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁的力学性能。利用碳纤维铝蜂窝复合材料结构方面的可设计性,探索碳纤维铝蜂窝复合材料面板的厚度、铝蜂窝的边长尺寸以及铝蜂窝的壁厚等结构参数对碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁性能的影响规律,通过调节结构参数获得最优性能的碳纤维铝蜂窝复合材料汽车保险杠横梁。结果显示,设计的H4碳纤维铝蜂窝复合材料的保险杠横梁的抗冲击性能优于传统铝合金,并且能减重50%左右,满足使用要求且轻量化效果显著。

泡沫填充碳纤维增强复合材料方形蜂窝夹芯准静态压缩特性

提出了一种碳纤维增强复合材料(CFRP)方形蜂窝中内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫材料的新型轻质夹芯结构并实现了夹芯结构的制备。通过准静态压缩试验和数值模拟研究了不同几何参数夹芯的准静态压缩性能,结果表明:当夹芯栅格间距较小时,夹芯中方形蜂窝的破坏模式主要为脆性断裂破坏,随着栅格间距的不断增大,夹芯结构稳定性逐渐降低,因此夹芯失效模式转变为屈曲失稳。内嵌PMI泡沫后,方形蜂窝夹芯的压缩特性得到了显著改善,其压缩强度增大,能量吸收效率提高;随着内嵌泡沫密度的增大,夹芯的压缩强度和比能量吸收量均呈现出增大的趋势。研究结果可以为抗冲击类夹层结构夹芯的创新性设计提供思路和参考。

双辊铸轧工艺制备连续碳纤维增强铝基复合材料的研究

连续碳纤维增强铝基(CCF/Al)复合材料具有高比强度、低密度、良好的传热性以及低热膨胀系数等诸多优良的特性,在航空材料、汽车制造、电子设备和工业生产等领域均具有广阔的应用前景。对连续碳纤维表面涂层的制备方法进行了讨论,并总结了近年来CCF/Al复合材料的主要制备工艺、重要研究成果以及存在的问题;重点阐述了采用双辊铸轧工艺制备CCF/Al复合材料的研究结果,具体包括搭建的实验设备、改性后碳纤维的性能、所制备复合材料的组织结构及强化机理;讨论了该工艺目前存在的主要问题,并对其发展前景进行了展望。

碳纤维铝基复合材料制备及合金化研究现状

碳纤维铝基复合材料具有优异的抗拉性能、耐磨性和抗疲劳性能等特点,广泛应用于飞行器、军工用品、汽车等领域。针对目前碳纤维铝基复合材料制备成形困难和界面结合性能差等问题,本文论述了近年来国内外各种碳纤维铝基复合材料制备工艺,分析了各种制备工艺的特点,总结了基体合金化对界面反应和润湿性的影响。同时,对碳纤维铝基复合材料的未来发展进行了展望。

碳/铝复合材料界面Al_(4)C_(3)相的形成与调控研究进展

石墨烯、碳纳米管和碳纤维等碳材料作为铝基复合材料的增强体时,其界面润湿性差、与Al基体结合弱等缺点限制了其增强效果。利用C与Al反应使界面黏接形式转变为部分反应结合的形式,可有效提升碳/铝(C/Al)界面强度及其载荷与功能传递的效率。然而,高温下C/Al界面反应易生成大量脆性Al_(4)C_(3),且会损伤增强体。针对C/Al界面Al_(4)C_(3)的调控,本文首先介绍了其形成机制、对C/Al复合材料界面结合和性能的作用,随后从碳增强体表面涂层、纳米颗粒修饰、Al基体合金化,以及复合制备、热加工与处理工艺优化等方面,综述了Al_(4)C_(3)生成量与形貌的控制研究及效果,最后展望了C/Al复合材料界面与性能的研究方向,以期通过碳增强体跨尺度设计与界面构型控制,挖掘石墨烯、碳纳米管和碳纤维增强Al基体的最大潜能。

碳纤维/铝基复合材料的制备与性能

电磁发射具有隐蔽性好、发射速度快等特点,近年来得到快速发展,具有成为新一代远程精确打击武器的巨大潜力,但是在电磁场、热力场等多场耦合的极端环境下,目前所使用的电枢难以满足服役要求。为此,以长径比为10∶1的碳纤维和气雾化的纯铝粉为原料,结合冷等静压成形、烧结及热挤压工艺制备了碳纤维/铝基自润滑复合材料电枢,对比了不同碳纤维含量的复合材料的微观组织、力电性能及摩擦磨损性能。结果表明:当碳纤维含量≤8 wt%时,碳纤维均匀分布于铝基体中,且平行于挤压方向排布,具有明显方向性;碳纤维的添加提升了基体的强度,并且使复合材料的摩擦系数和磨损量明显低于纯铝基体,对摩副的粘铝量也随之减少;当碳纤维含量达到10 wt%,复合材料的力电性能明显下降;当碳纤维含量为8 wt%时,复合材料的综合性能最好,抗拉强度为219 MPa,导电率为49.2%IACS,摩擦系数为0.22。

内嵌聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构水中抗爆试验研究

为了分析新型内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构的水中抗爆性能,开展了水中爆炸作用下结构抗爆性能试验研究,对比了均质钢板、纯蜂窝夹芯夹层结构以及内嵌两种不同密度PMI泡沫蜂窝夹芯夹层结构的水中抗爆性能,分析了结构变形与破坏模式、结构表面压力特性以及结构后面板变形情况。结果表明,内嵌泡沫能够有效提升夹层结构的水中抗爆性能。研究结果可以为水中抗爆防护结构的轻量化设计及优化提供参考。

“口”字形碳纤维/铝复合材料的制备及力学性能

为实现汽车轻量化,提高汽车安全系数,以碳纤维、铝板为增强材料,环氧树脂为基体,采用真空导入成型工艺制备超混杂三维编织“口”字形碳纤维/铝复合材料,研究了所制备复合材料的弯曲和冲击性能,分析“口”字形编织及铝板对复合材料力学性能的影响。结果表明:采用“口”字形编织,解决了纯碳纤维树脂基复合材料韧性差的问题,在减轻质量的同时使得复合材料挠度增大,冲击强度提高16.64%;在编织时加入铝板,复合材料承受弯曲载荷提高26.02%,冲击强度在“口”字形编织的基础上再提高23.53%。

电镀镍碳纤维增强铝基复合材料(英文)

提出一种碳纤维表面电镀镍的方法,通过正交实验优化了电镀镍配方及工艺条件,并研究了镀层的显微组织及镀液的成分、电流密度、电镀时间等工艺条件对沉镍速率和镀层质量的影响,并探讨了沉镍机理。用镀镍碳纤维制备铝基复合材料,观测碳纤维与铝的复合效果。

碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用压挤渗透工艺制备了新型碳纤维毡增强铝基复合材料 ,在 MG- 2 0 0 0型高速高温摩擦磨损试验机上考察了其摩擦磨损特性 .结果表明 :碳纤维毡增强铝基复合材料的摩擦磨损特性明显优于基体合金 ;复合材料经历由稳定磨损向严重磨损的转化 ;在稳定磨损阶段 ,复合材料的磨损表面存在由金属氧化物和碳膜共同构成的复合固体润滑膜 。

短碳纤维增强铝基复合材料的挤压浸渗工艺

采用挤压浸渗法制备了短碳纤维增强铝基复合材料 ,研究了浸渗压力、铝液浇注温度、纤维预热温度等对复合材料组织的影响。结果表明 :合适的工艺参数为铝液浇注温度 740～ 80 0℃ ,预制块预热温度 35 0～ 40 0℃ ,浸渗压力 2～ 5MPa;在氩气保护下 ,无须对碳纤维表面进行涂层处理 ,可获得组织均匀的铝基复合材料。加入Al2 O3

碳纤维增强铝基复合材料及其构件的空间环境特性

碳纤维增强铝基复合材料(Cf/A)l具有高比强度、高比刚度、低热膨胀、良好的尺寸稳定性等优异的性能。针对空间环境的应用需求,综述了Cf/Al复合材料的研究成果,分析了Cf/Al复合材料舱体构件的结构强度和结构刚度。研究表明,复合材料纵向弹性模量为230GPa,弯曲强度为1400MPa,耐空间辐照环境特性优异,复合材料圆筒形舱体构件可以比壁厚大一倍的镁合金舱体的结构刚度和结构强度高3倍和3.5倍。碳纤维增强铝复合材料对新一代航天器小型化、轻量化设计提供技术保障。

化学镀碳纤维增强镁铝尖晶石基复合材料的研究

通过化学镀方法,在碳纤维表面分别镀上Ni、Cu和Cu+Ni镀层,然后与镁铝尖晶石陶瓷复合,制备表面改性碳纤维增强镁铝尖晶石基复合材料,研究各种碳纤维的含量对复合材料性能的影响规律。结果表明,表面改性碳纤维可以进一步提高材料性能,尤其是铜镍复合镀碳纤维的效果更好,其抗弯强度可达基体抗弯强度的2.19倍,断裂韧度可达基体断裂韧度的2.84倍,复合材料的线收缩率和孔隙率变化不大。

碳纤维增强铝复合材料的界面微观结构

利用透射电镜 (TEM)对超声浸渗制备的碳纤维 (T30 0及 M40 J)增强铝复合丝及液相压渗法制备的碳纤维增强铝复合板材的界面微观结构进行了分析 ,结果表明 ,超声浸渗法制备的复合丝有明显的界面反应产物 ,T30 0 / Al的反应程度比 M40 J/ Al高。液相压渗法制备的复合材料界面反应不明显 。

碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的无损检测方法研究

本文介绍了碳纤维复合材料蜂窝夹层结构常见的内部缺陷,这些缺陷的存在将直接影响蜂窝结构的机械性能和工作性能,必须对其进行无损检测。利用超声脉冲反射法对其内部缺陷进行检测作了详细介绍,分别对复合材料蒙皮可能出现的分层、疏松和高空隙率缺陷及蒙皮与蜂窝夹芯之间界面的脱粘缺陷进行检测,对出现的波形进行分析,并判断波形产生的原因,认为超声脉冲反射法对碳纤维复合材料蜂窝夹层结构内部缺陷检测是一种行之有效的方法。

防锈铝与碳纤维复合材料电偶腐蚀行为

随着防锈铝和碳纤维复合材料在航空航天工业的广泛应用,它们间的接触不可避免。当有腐蚀介质存在时,二者之间由于电极电位差的存在会发生电偶腐蚀。本工作研究了体系温度(0℃、10℃、30℃、60℃、80℃)和电解液中氯化钠质量浓度(1%、3.5%、7%、10%、14%)对试样电偶腐蚀情况的影响。利用SEM和EDS分析腐蚀前后的表面形貌和成分的变化。试验发现随着体系温度的升降或电解液浓度的增减,电偶腐蚀电流呈规律性变化。LB733防锈铝合金存在较大的电偶腐蚀风险,需要采取相应的保护措施后才能使用。

碳纤维/铝复合材料界面化学反应产物的定量研究

设计了一种新的分析方法，采用气体体积测定法和反应气相色谱法联用以测定碳纤维／铝复合材料界面化学反应产物Ａｌ４Ｃ３的含量。当用单位纤维表面积所生成的Ａｌ４Ｃ３（Ｉ）来表征界面反应程度时，４６０℃、５４０℃下的动力学分析表明：Ｉ－ｔ图线性回归系数大于０．９，由此计算的界面反应扩散激活能为４９．２０ｋｃａｌ／ｍｏｌ。

溶胶-凝胶法Al_2O_3涂层碳纤维增强铝基复合材料的研制

以异丙醇铝为原料，经乙酰丙酮改性，通过水解缩合制得Ａｌ２Ｏ３溶胶，研究溶胶－凝胶法在碳纤维上涂覆氧化铝陶瓷和制备（涂层）碳纤维增强铝基复合材料预制丝的连续工艺。采用了ＩＲ、ＴＧ－ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＳＥＭ等手段对溶胶－凝胶产物、涂层纤维、碳纤维增强铝预制丝进行了分析表征。结果表明：γ－Ａｌ２Ｏ３涂层有效的阻止了氧分子渗入，与原纤维相比，涂层纤维的耐高温性能明显提高。涂层后纤维与熔融铝的润湿性和相容性明显改善，涂层有效的阻止了碳／铝界面反应，使预制丝强度明显提高。

化学镀碳纤维增强钛酸铝基复合材料的研究

通过化学镀方法,在碳纤维表面分别镀上Ni、Cu和Cu+Ni镀层,以这种表面改性碳纤维与钛酸铝陶瓷复合,制备表面改性碳纤维增强钛酸铝基复合材料,研究各种碳纤维的含量对复合材料的抗弯强度、断裂韧性、尺寸变化率和孔隙率等的影响规律。结果表明,碳纤维可以显著地提高材料的性能,表面改性碳纤维可以进一步提高材料性能。

碳纤维增强铝基复合材料的制备与连接技术

碳纤维增强铝基复合材料因其具有强度高、韧性好、耐磨损、耐疲劳以及热膨胀系数低等优点,加之便于使用现有的设备及生产工艺使其成形,因此,引起国内外研究者的高度关注。未来,将在航空航天、汽车制造、自动化设备等关键领域发挥巨大作用。本文主要介绍了国内外有关碳纤维增强铝基复合材料的制备与连接技术,重点包括碳纤维的表面处理、碳纤维增强铝基复合材料成形方法、参数选择、焊接方法等。简述了复合材料连接技术的发展,分析了碳纤维增强铝基复合材料制备与连接过程中存在的问题。指出:碳纤维在铝合金中均匀分布、结构完整性、铝合金界面良好结合、降低孔隙率以及碳纤维增强铝基复合材料的连接技术等是今后研究重点。