一种纤维增强铝合金复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于化工材料领域，具体涉及一种纤维增强铝合金复合材料，该复合材料包括芯材和包裹在所述芯材外表面的纤维增强层，芯材为铝合金，该铝合金按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn 1～3%，Ca 0.05～1%，Cr 0.5～1.5%，Ta 0.1～0.5%，Si 0.1～0.5%，Mg 0.1～1%，其余为铝以及不可避免的杂质；所述纤维增强层由浸有液体树脂的芳纶纤维布通过热固化成型而制得。本发明专利技术的复合材料是采用芳纶纤维布的增强材料粘贴于铝合金芯材表面制作而成，纤维增强材料的存在对铝合金芯材具有很好的保护，使得复合材料制得的光伏支架比铝合金光伏支架构件的耐腐蚀性能更好。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强铝合金复合材料及其制备方法
本专利技术属于化工材料领域，具体涉及一种纤维增强铝合金复合材料及其制备方法。
技术介绍
光伏支架是固定太阳能电池板的重要构件。目前，制作光伏支架的材料主要为铝合金。铝合金具有质量轻、美观耐用的特点，常选用6061型铝合金材料，但铝合金材料不适应用于酸、碱、盐环境以及沙漠盐碱地腐蚀性较强的区域。目前光伏太阳能电池板的发电设计要求是25年，而现有的铝合金光伏支架使用寿命远低于25年，频繁地维修或者更换，给光伏发电效率造成严重影响和损失。金属的防腐蚀可将环氧树脂涂在金属表面，但单纯的用树脂涂覆在金属表面上，会出现较严重的龟裂裂缝，起不到防渗漏和保护金属的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对
技术介绍
中所存在的铝合金材料耐盐碱环境腐蚀较差的技术问题而提供一种耐腐蚀、轻质高强的纤维增强铝合金复合材料及其制备方法。实现本专利技术目的而采用的技术方案为：一种纤维增强铝合金复合材料，该复合材料包括芯材和包裹在所述芯材外表面的纤维增强层，所述芯材为铝合金，该铝合金按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1～3%，Ca的含量为0.05～1%，Cr的含量为0.5～1.5%，Ta的含量为0.1～0.5%，Si的含量为0.1～0.5%，Mg的含量为0.1～1%，其余为铝以及不可避免的杂质；所述纤维增强层为纤维增强塑料，所述纤维增强层由浸有液体树脂的芳纶纤维布通过热固化成型而制得。优选地，所述的液体树脂选自环氧树脂或聚氨酯树脂中的一种。作为本专利技术一优选实施方式，本专利技术所述的铝合金，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为2%，Ca的含量为0.1%，Cr的含量为1%，Ta的含量为0.25%，Si的含量为0.25%，Mg的含量为0.5%，其余为铝以及不可避免的杂质。作为本专利技术一优选实施方式，本专利技术所述的铝合金，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1%，Ca的含量为0.05%，Cr的含量为0.5%，Ta的含量为0.1%，Si的含量为0.1%，Mg的含量为0.1%，其余为铝以及不可避免的杂质。作为本专利技术一优选实施方式，本专利技术所述的铝合金，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为3%，Ca的含量为0.08%，Cr的含量为1.5%，Ta的含量为0.5%，Si的含量为0.5%，Mg的含量为1%，其余为铝以及不可避免的杂质。本专利技术的另一个目的在于提供一种纤维增强铝合金复合材料的制备方法。为了实现本专利技术另一目的而采用的技术方案为：一种纤维增强铝合金复合材料的制备方法，具体制备步骤如下：1）铝合金芯材的制备以Al-Mn中间合金作为合金中的Mn元素的原料，以Mg-Ca中间合金作为合金中的Ca元素的原料，以Al-Cr中间合金作为合金中的Cr元素的原料，以Ta粉作为合金中的Ta元素的原料，以Si粉作为合金中的Si元素的原料，以Al-Mg中间合金作为合金中的Mg元素的原料，以铝锭作为合金中的Al元素的原料；将铝锭表面清洗干净后进行加热熔炼，铝液温度控制在695℃；将烘干后的Al-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Mg中间合金加入到铝液中，铝液升温至820℃后，将Ta粉和Si粉加入到铝液中，保温15分钟，保证合金原料全部熔化；将铝液温度升至860℃时，开始加入精炼剂进行精炼，使夹杂物充分上浮或者下沉，然后进行除渣；将精炼后的铝液温度降至720℃并保温15分钟用于进行浇注，制得铝合金铸件；用丙酮对铝合金铸件的表面进行清洗，然后放置在管式置氢炉内，在真空条件下将炉内升温至720℃，保温15分钟后，充入氢气后保温3小时，最后冷却至室温完成充氢处理；采用盐酸酸洗铝合金铸件，酸洗后用清水把铝合金铸件清洗干净；然后将铝合金铸件浸入含有氯化铵的助镀剂中，助镀时间控制在2分钟，助镀后清洗干净并将铸件浸入锌浴中，使铝合金铸件表面生成一合金化膜；将表面含有合金化膜的铝合金铸件再进行钝化处理，将钝化后的铝合金铸件作为芯材；2）纤维增强铝合金复合材料的制备将浸有液体树脂的芳纶纤维布粘贴于芯材外表面，然后通过热固化成型得到纤维增强铝合金复合材料，热固化成型分两个阶段：首先在90-110℃条件下固化2-3小时，然后在130-150℃条件下固化1-2小时。优选地，步骤1）中所述的助镀剂，氯化铵的用量为浸泡铝合金铸件重量的1‰。本专利技术的技术优点在于：1）本专利技术的复合材料是采用芳纶纤维布的增强材料粘贴于铝合金芯材表面制作而成，纤维增强材料的存在对铝合金芯材具有很好的保护，使得复合材料制得的光伏支架比铝合金光伏支架构件的耐腐蚀性能更好。2）本专利技术采用了纤维增强材料使制得的光伏支架在保证强度的基础上，比铝合金光伏支架的重量更轻；具有极大的市场价值和经济前景。3）本专利技术的芯材所采用的铝合金材料，通过加入Mn、Cu、Si、Mg、Ta等金属元素，通过合理的配方设计，有效提高了铝合金的强度，大幅度提高晶粒细化程度，对提升铝合金抗拉强度、延伸率、抗腐蚀性能等综合性能方面效果显著。4）本专利技术的芯材所采用的铝合金材料，在配方体系中加入适量的钽不仅能够细化铸态合金晶粒，提高再结晶温度，从而提高铝合金的强度，显著改善铝合金的耐热性、抗腐蚀性和热稳定性。同时，在铝合金材料的制备过程中，对表面含有合金化膜的铝合金铸件再进行钝化处理，进一步提高了本专利技术铝合金材料的抗腐蚀性。5）本专利技术的芯材所采用的铝合金材料，其抗拉强度和屈服强度得到了明显提升，抗拉强度达到250MPa以上，延伸率达到10%。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步地描述，但是对实施例的描述均不是对本专利技术方案的限制，任何依据本专利技术构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本专利技术的技术方案范畴。实施例1一、铝合金芯材的制备以20kg为例，按Al-2Mn-0.1Ca-1Cr-0.25Ta-0.25Si-0.5Mg配比为例，计算出中间合金的质量，进行备料。1）根据合金成分比例备料，Mn元素以Al-Mn中间合金形式加入，Ca元素是以Mg-Ca中间合金形式加入，Cr元素是以Al-Cr中间合金形式加入，Ta元素以钽粉形式加入，Si元素是以Si粉形式加入，Mg元素是以Al-Mg中间合金形式加入。2）将铝锭表面清洗干净后进行加热熔炼，铝液温度控制在695℃；3）将烘干后的Al-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Mg中间合金加入到铝液中，铝液升温至820℃后，将Ta粉和Si粉加入到铝液中，保温15分钟，保证合金原料全部熔化；4）将铝液温度升至860℃时，开始加入精炼剂进行精炼，使夹杂物充分上浮或者下沉，然后进行除渣；5）将精炼后的铝液温度降至720℃并保温15分钟用于进行浇注，制得铝合金铸件；6）用丙酮对铝合金铸件的表面进行清洗，然后放置在管式置氢炉内，在真空条件下将炉内升温至720℃，保温15分钟后，充入氢气后保温3小时，最后冷却至室温完成充氢处理；7）采用盐酸酸洗铝合金铸件，酸洗后用清水把铝合金铸件清洗干净；然后将铝合金铸件浸入含有氯化铵的助镀剂中，助镀后清洗干净并将铸件浸入锌浴中，氯化铵的用量为浸泡铝合金铸件重量的1‰，助镀时间控制在2分钟，使铝合金铸件表面生成一合金化膜；8）将表面含有合金化膜的铝合金铸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强铝合金复合材料，该复合材料包括芯材和包裹在所述芯材外表面的纤维增强层，其特征在于：所述芯材为铝合金，该铝合金按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1～3%，Ca的含量为0.05～1%，Cr的含量为0.5～1.5%，Ta的含量为0.1～0.5%，Si的含量为0.1～0.5%，Mg的含量为0.1～1%，其余为铝以及不可避免的杂质；所述纤维增强层为纤维增强塑料，所述纤维增强层由浸有液体树脂的芳纶纤维布通过热固化成型而制得。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强铝合金复合材料，该复合材料包括芯材和包裹在所述芯材外表面的纤维增强层，其特征在于：所述芯材为铝合金，该铝合金按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1～3%，Ca的含量为0.05～1%，Cr的含量为0.5～1.5%，Ta的含量为0.1～0.5%，Si的含量为0.1～0.5%，Mg的含量为0.1～1%，其余为铝以及不可避免的杂质；所述纤维增强层为纤维增强塑料，所述纤维增强层由浸有液体树脂的芳纶纤维布通过热固化成型而制得。2.根据权利要求1所述的纤维增强铝合金复合材料，其特征在于：所述的液体树脂选自环氧树脂或聚氨酯树脂中的一种。3.根据权利要求1所述的纤维增强铝合金复合材料，其特征在于：所述的铝合金，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为2%，Ca的含量为0.1%，Cr的含量为1%，Ta的含量为0.25%，Si的含量为0.25%，Mg的含量为0.5%，其余为铝以及不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的纤维增强铝合金复合材料，其特征在于：所述的铝合金，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1%，Ca的含量为0.05%，Cr的含量为0.5%，Ta的含量为0.1%，Si的含量为0.1%，Mg的含量为0.1%，其余为铝以及不可避免的杂质。5.根据权利要求1所述的纤维增强铝合金复合材料，其特征在于：所述的铝合金，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为3%，Ca的含量为0.08%，Cr的含量为1.5%，Ta的含量为0.5%，Si的含量为0.5%，Mg的含量为1%，其余为铝以及不可避免的杂质。6.一种制备权利要求1-5任一项所述的纤维增强铝合金复合材料的方法，其特征在于：具体制备步骤如下：1）铝合金芯材的制备以Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，张宇，宋德锋，代雅蓉，
申请(专利权)人：南京理工大学常熟研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32