專利名稱：以鎂合金為基體的復合材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復合材料及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種以鎂合金為基體的復合材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料中，鎂合金具有密度小、比強度和比剛度高的優(yōu)點，同時其還具有良好的阻尼減震性能，而且鎂合金儲量豐富，易于回收利用，因而作為ー種集多優(yōu)點的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，鎂合金已經(jīng)被廣泛地應用于3C產(chǎn)品制造領(lǐng)域(所謂的“ 3C產(chǎn)品”即計算機 (Computer)、通1 旨(Communication)禾ロ 7 冃費類電ナ廣品(Consumer Electronics))。另夕卜， 出于節(jié)能減排的考慮，汽車輕質(zhì)化逐漸成為ー個大趨勢，因此鎂合金又被應用于汽車的車體上。鎂合金雖有其優(yōu)點，但是，其耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性及裝飾性都比較差，所以鎂合金需要進行各種表面處理來彌補其缺陷，增強其各種性能。碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料不僅具有質(zhì)量輕、比強度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點，而且表面可以做出特殊且美觀的編織花紋，具有很好的裝飾性。但碳纖維價格較貴，且其復合材料成型エ藝復雜，影響了它在民用產(chǎn)品中的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種以鎂合金為基體的復合材料及其制造方法。本發(fā)明方法將鎂合金和碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料完美結(jié)合，制備出ー種復合材料，同時兼具兩種材料的優(yōu)點，而摒棄了兩種材料缺點，并且可以極大地減少各種材料的用量，降低制造成本。本發(fā)明新型的碳纖維/環(huán)氧樹脂/鎂合金復合材料可廣泛用于汽車的車體和結(jié)構(gòu)性部件。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案以鎂合金為基體的復合材料，包括鎂合金件，以鎂合金件為基體，在鎂合金件的外表面制一層微弧氧化膜層，所述微弧氧化膜層的外表面包覆并固化碳纖維環(huán)氧樹脂層。優(yōu)選的，鎂合金件的厚度為0. 6mm 2mm。優(yōu)選的，微弧氧化膜層的厚度為10 μ m 50 μ m。本發(fā)明以鎂合金為基體的復合材料制造方法，主要包括如下三個步驟碳纖維預浸料的制備、鎂合金件的成型及微弧氧化膜的制成、復合材料的成型，具體按如下步驟進行(1)碳纖維預浸料的制備將基體樹脂溶解于非活性稀釋劑中制成樹脂溶液，樹脂溶液的固含量為30% 70%;然后將通過所述樹脂溶液浸漬過的碳纖維(可以采用濕法纏繞的エ藝)編制成預浸料；而后將預浸料置于通風處，除去預浸料中的稀釋劑，待用；(2)鎂合金件的成型和微弧氧化膜的制成首先，將鎂合金件制成所需的形狀；然后在鎂合金件的外表面制一層微弧氧化膜層，此微弧氧化膜多孔且與鎂合金基體有良好的結(jié)合力；制好的鎂合金件經(jīng)水洗和熱風干燥后置于干燥的環(huán)境中，待用；(在本步中，可以采用壓鑄ェ藝將鎂合金件制成所需的形狀；優(yōu)選的，鎂合金件的壁厚約為0. 6mm 2mm ；微弧氧化膜的厚度為約為10 μ m 50 μ m。)(3)復合材料的成型將第(1)步的碳纖維預浸料包覆于第( 步制好的鎂合金件的外表面，然后將包覆好的鎂合金件置于模具中，在一定的溫度和壓カ下固化成型；固化成型過程中，環(huán)氧樹脂可以滲入微弧氧化膜的孔隙中，從而使得外層的碳纖維復合材料與內(nèi)層鎂合金件材料具有良好的結(jié)合力。脫模后得到碳纖維/環(huán)氧樹脂/鎂合金復合材料。注上述制造方法中，第(1)步與第( 步對換，也可以達到本發(fā)明的目的，不再詳
3dio優(yōu)選的，非活性溶劑為ニ乙基酮、丁酮、環(huán)己酮或丙酮。優(yōu)選的，基體樹脂由環(huán)氧樹脂、固化劑和促進劑配制而成。進ー步優(yōu)選的，基體樹脂中的環(huán)氧樹脂由縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧樹脂配制而成，且該環(huán)氧樹脂的軟化點在30°C 35°C。更進ー步優(yōu)選的，縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量百分數(shù)為10% 70%，所述的縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量百分數(shù)為10% 50%，所述的酚醛型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分數(shù)為 20% 80%。優(yōu)選的，基體樹脂的固化劑由雙氰胺和4，4’ - ニ氨基ニ苯砜配制而成，所述的促進劑為有機服。優(yōu)選的，鎂合金件采用AZ(Mg-Al-Zn)系列(如AZ91)、AM(Mg-AトMn)系列(如 AM60)、AS (Mg-Al-Si)系列(如AS41)或AE (Mg-Al-RE)系列(如AEA2)，除此之外其它添加各種金屬元素的鎂合金均可使用。優(yōu)選的，第( 步中，采用環(huán)保型維護氧化工藝在鎂合金表面制一層微弧氧化膜層，所使用的電解液組成如下氫氧化鉀3g/L 50g/L，硼酸10g/L 30g/L，四硼酸鈉IOg/ L 20g/L，ニ水合檸檬酸ニ鈉10g/L 20g/L，偏鋁酸鈉10g/L 20g/L，硅酸鈉10g/L 20g/L ；電極液溫度為20 30°C ；使用的電流密度為ΙΑ/dm2 ΙΟΑ/dm2 ；氧化時間為^iin IOmin0優(yōu)選的，第C3)步，復合材料的成型過程將晾干的碳纖維預浸料貼合在鎂合金件的外表面，然后將其置于模具內(nèi)，將模具轉(zhuǎn)移至熱壓機臺上，按3 15°C /min的速度將溫度升至180°C，于180°C恒溫30 60min，恒溫固化時，熱壓機的壓カ為3 IOMpa ；固化結(jié)束后除去壓力，將模具的溫度降至50°C以下后脫摸。本發(fā)明復合材料同時具備碳纖維和鎂合金的優(yōu)點，其密度小、比強度高、比剛度高，具有良好的阻尼減震性能和裝飾性，外層的碳纖維/環(huán)氧樹脂材料有效的保護了鎂合金，并大幅提高了復合材料的耐腐蝕性。此外，鎂合金的使用也減少了碳纖維的用量，與同等性能的碳纖維復合材料相比，其成本更低，從而使得該復合材料具有更廣泛的應用前景。


圖1是以鎂合金為基體的復合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進ー步說明。如圖1所示，本發(fā)明以鎂合金為基體的復合材料，包括鎂合金件1、微弧氧化膜層2、碳纖維環(huán)氧樹脂層3，鎂合金件1的厚度約為0. 6mm 2mm，以鎂合金件1為基體，在鎂合金件1的外表面制ー層厚度約為10 μ m 50 μ m的微弧氧化膜層2，微弧氧化膜層2的外表面包覆并固化碳纖維環(huán)氧樹脂層3。其中，碳纖維環(huán)氧樹脂層3中的樹脂在本發(fā)明復合材料的合成過程中會滲入多孔微弧氧化膜層2，這樣，既提高了各層之間的結(jié)合力，又使環(huán)氧樹脂有一定的收縮和膨脹空間，緩解各層之間的收縮和拉伸應力。本發(fā)明以鎂合金為基體的復合材料制造方法，按如下步驟進行(1)碳纖維預浸料的制備將基體樹脂溶解于非活性稀釋劑中制成樹脂溶液，樹脂溶液的固含量為30% 70%;然后將通過所述樹脂溶液浸漬過的碳纖維采用濕法纏繞的 エ藝編制成預浸料；而后將預浸料置于通風處，除去預浸料中的稀釋劑，待用；在本步中，非活性溶劑可以選用ニ乙基酮、丁酮、環(huán)己酮或丙酮。在本步中，基體樹脂由環(huán)氧樹脂、固化劑和促進劑配制而成；基體樹脂中的環(huán)氧樹脂由縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧樹脂配制而成，且該環(huán)氧樹脂的軟化點在30°C 35°C ；縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量百分數(shù)為10% 70%，縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量百分數(shù)為10% 50%，酚醛型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分數(shù)為20% 80%?；w樹脂的固化劑由雙氰胺和4，4’ - ニ氨基ニ苯砜配制而成，所述的促進劑為有機脲。(2)鎂合金件的成型和微弧氧化膜的制成首先，采用壓鑄エ藝將鎂合金件制成所需的形狀，鎂合金件的壁厚約為0. 6mm 2mm ；然后采用環(huán)保型維護氧化工藝在鎂合金件的外表面制一層厚度為約為10 μ m 50 μ m的微弧氧化膜層，環(huán)保型維護氧化工藝所使用的電解液組成如下氫氧化鉀3g/L 50g/L，硼酸10g/L 30g/L，四硼酸鈉10g/L 20g/ L，ニ水合檸檬酸ニ鈉10g/L 20g/L，偏鋁酸鈉10g/L 20g/L，硅酸鈉10g/L 20g/L ；電極液溫度為20 30°C ；使用的電流密度為ΙΑ/dm2 ΙΟΑ/dm2 ；氧化時間為^iin lOmin。 此微弧氧化膜具有多孔且與鎂合金基體有良好的結(jié)合力；制好的鎂合金件經(jīng)水洗和熱風干燥后置于干燥的環(huán)境中，待用；本步中，鎂合金件可以采用AZ (Mg-Al-Zn)系列(如AZ91)、AM(Mg-Al-Mn)系列(如 AM60)、AS (Mg-Al-Si)系列(如 AS41)或 AE (Mg-Al-RE)系列(如 AEA2)，除此之外，其它添加各種金屬元素的鎂合金均可使用。(3)復合材料的成型將第(1)步晾干的碳纖維預浸料包覆并貼合在第( 步制好的鎂合金件的外表面，然后將其置于模具內(nèi)，將模具轉(zhuǎn)移至熱壓機臺上，按3 15°C / min的速度將溫度升至180°C，于180°C恒溫30 60min，恒溫固化吋，熱壓機的壓カ為3 IOMpa ；固化結(jié)束后除去壓力，將模具的溫度降至50°C以下后脫摸，脫模后得到碳纖維/環(huán)氧樹脂/鎂合金復合材料。在固化成型過程中，環(huán)氧樹脂可以滲入微弧氧化膜的孔隙中，從而使得外層的碳纖維復合材料與內(nèi)層鎂合金件材料具有良好的結(jié)合力。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應當認識到，以上實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的范圍內(nèi)，對以上實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.以鎂合金為基體的復合材料，包括鎂合金件，其特征是以鎂合金件為基體，在鎂合金件的外表面制一層微弧氧化膜層，所述微弧氧化膜層的外表面包覆并固化碳纖維環(huán)氧樹月旨広。
2.以鎂合金為基體的復合材料制造方法，其特征是按如下步驟進行(1)碳纖維預浸料的制備將基體樹脂溶解于非活性稀釋劑中制成樹脂溶液，該樹脂溶液的固含量為30% 70% ；然后將經(jīng)過所述樹脂溶液浸漬過的碳纖維編制成預浸料；而后將預浸料置于通風處，除去預浸料中的稀釋劑；(2)鎂合金件的成型和微弧氧化膜的制成首先，將鎂合金件制成所需的形狀，然后在鎂合金件的外表面制一層微弧氧化膜層，制好的鎂合金件經(jīng)水洗和熱風干燥后置于干燥的環(huán)境中；(3)復合材料的成型將第(1)步的預浸料包覆于第( 步制好的鎂合金件的外表面， 然后將包覆好的鎂合金件置于模具中，固化成型；脫模后得到復合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復合材料制造方法，其特征在于所述的非活性溶劑為ニ乙基酮、丁酮、環(huán)己酮或丙酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復合材料制造方法，其特征在于所述的基體樹脂由環(huán)氧樹脂、固化劑和促進劑配制而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復合材料制造方法，其特征在于所述基體樹脂中的環(huán)氧樹脂由縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧樹脂配制而成，且該環(huán)氧樹脂的軟化點在30°C 35°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復合材料制造方法，其特征在于所述的縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量百分數(shù)為10% 70%，所述的縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量百分數(shù)為10% 50%，所述的酚醛型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分數(shù)為20% 80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復合材料制造方法，其特征在于所述的固化劑由雙氰胺和 4,4' - ニ氨基ニ苯砜配制而成，所述的促進劑為有機服。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復合材料制造方法，其特征在于所述鎂合金件采用AZ系列、AM系列、AS系列或AE系列。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復合材料制造方法，其特征在干第( 步中，采用環(huán)保型維護氧化工藝在鎂合金表面制一層微弧氧化膜層，所使用的電解液組成如下氫氧化鉀3g/ L 50g/L，硼酸10g/L 30g/L，四硼酸鈉10g/L 20g/L，ニ水合檸檬酸ニ鈉10g/L 20g/ L，偏鋁酸鈉10g/L 20g/L，硅酸鈉10g/L 20g/L ；電極液溫度為20 30°C;使用的電流密度為ΙΑ/dm2 ΙΟΑ/dm2 ；氧化時間為3min lOmin。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復合材料制造方法，其特征在干第C3)步，復合材料的成型過程將晾干的預浸料貼合在鎂合金件表面，然后置于模具內(nèi)，將模具轉(zhuǎn)移至熱壓機臺上，按3 15°C /min的速度將溫度升至180°C，于180°C恒溫30 60min，恒溫固化時，熱壓機的壓カ為3 IOMpa ；固化結(jié)束后除去壓力，將模具的溫度降至50°C以下后脫摸。
全文摘要
本發(fā)明屬于復合材料及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以鎂合金為基體的復合材料及其制造方法。以鎂合金為基體的復合材料，包括鎂合金件，以鎂合金件為基體，在鎂合金件的外表面制一層微弧氧化膜層，所述微弧氧化膜層的外表面包覆并固化碳纖維環(huán)氧樹脂層。本發(fā)明復合材料同時具備碳纖維和鎂合金的優(yōu)點，其密度小、比強度高、比剛度高，具有良好的阻尼減震性能和裝飾性，外層的碳纖維/環(huán)氧樹脂材料有效的保護了鎂合金，并大幅提高了復合材料的耐腐蝕性。此外，鎂合金的使用也減少了碳纖維的用量，與同等性能的碳纖維復合材料相比，其成本更低，從而使得該復合材料具有更廣泛的應用前景。
文檔編號B32B15/08GK102582146SQ201110460478
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者常林榮, 汪訓國 申請人:杭州超探新材料科技有限公司