一種金屬與碳纖維復合線材制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種金屬與碳纖維復合線材制備方法，涉及金屬材料領域，以解決現有復合線材制備步驟繁瑣，精度低的問題。包括以下步驟：引線夾固，用金屬絲或線材牽引將碳纖維穿過金屬管件，金屬管件與碳纖維在頭部夾具夾持下固定，將碳纖維頭部固定于金屬管件中軸線位置，整體放置在拉拔模具內；拉拔復合，沿拉拔方向對金屬管件進行單道次拉拔，金屬管件的斷面尺寸減小，金屬管件與碳纖維先接觸進而緊密結合，最終成為線材；退火加工，根據材料最終性能或后續(xù)加工需要進行退火，按照具體金屬種類制定退火溫度與時間。本發(fā)明實施例用以提高復合線材的強度。
【專利說明】 一種金屬與碳纖維復合線材制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料領域，特別是指一種金屬與碳纖維復合線材制備方法。

【背景技術】
[0002]隨科技的發(fā)展，工業(yè)領域對線材的強度要求不斷提高，傳統(tǒng)方法制備高強度線材已經很難提高其強度，復合材料科學以及碳纖維的發(fā)展，使得利用連續(xù)碳纖維增強體制備金屬基復合材料成為提高線材強度新的突破點。
[0003]與其他塑性加工方法想比較，拉拔有以下特點:拉拔制品尺寸精確，表面質量高，由于拉拔一般在冷狀態(tài)下進行，與熱軋材相比，拉拔制品有較高的尺寸精度，因此使用冷拔制品可以減少材料在機械加工時的加工余量，節(jié)約材料；拉拔制品力學性能高，在拉拔過程中，會產生加工硬化，從而使材料的強度提高，可以充分發(fā)揮材料的作用；拉拔生產的工具和設備簡單，維修方便，在一臺拉拔設備上只需更換模具即可生產多種規(guī)格和品種的制品；拉拔方法也很適合于連續(xù)高速生產斷面尺寸很小而長度很長的制品，生產率高。目前有科研單位使用機械加工、表面處理、旋壓、拉拔和后續(xù)擴散退火等工藝方法，制備鋁銅雙金屬復合棒。
[0004]金屬基復合材料相對于傳統(tǒng)金屬材料來說，具有較高的比強度和比剛度；與樹脂基復合材料相比，又具有優(yōu)良的導電性和耐熱性；與陶瓷基復合材料相比，具有高韌性和高沖擊性能。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種金屬與碳纖維復合線材制備方法，以解決現有復合線材制備步驟繁瑣，精度低的問題。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供一種金屬與碳纖維復合線材制備方法，包括以下步驟:
[0007]引線夾固，用金屬絲或線材牽引將碳纖維穿過金屬管件，金屬管件與碳纖維在頭部夾具夾持下固定，將碳纖維頭部固定于金屬管件中軸線位置，整體放置在拉拔模具內；
[0008]拉拔復合，沿拉拔方向對金屬管件進行單道次拉拔，金屬管件的斷面尺寸減小，金屬管件與碳纖維先接觸進而緊密結合，最終成為線材；
[0009]退火加工，根據材料最終性能或后續(xù)加工需要進行退火，按照具體金屬種類制定退火溫度與時間。
[0010]其中，所述金屬管件為單一金屬管件或雙金屬復合管件，所述碳纖維為增強體占比為1%?50%碳纖維增強體。
[0011]其中，所述引線夾固步驟中所述碳纖維經過編織或鍍層預處理。
[0012]其中，所述拉拔復合步驟中拉拔速度為50?150mm/min，斷面縮減率為5?50%;碳纖維直徑為0.1?30mm ;金屬管件內徑為0.5?40mm,夕卜徑為0.7?150mm。
[0013]其中，所述拉拔復合步驟中拉拔工藝根據金屬管件的材質選擇熱拉拔或冷拉拔。
[0014]其中，所述拉拔復合步驟中通入惰性氣體以減少熱拉拔過程中產生的氧化。
[0015]其中，所述復合線材的形狀可調整拉拔模具的形狀實現。
[0016]本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下:
[0017](I)加工方法簡單高效，精度高；
[0018](2)由于加工溫度較低，可以大大降低金屬與碳纖維的界面反應，從而提高界面結合強度，得到力學性能優(yōu)良的產品；
[0019](3)與傳統(tǒng)金屬、雙金屬線材相比，可以大幅度提高線材產品的強度；
[0020](4)得益于拉拔加工的特點，本工藝加工靈活性高，便于調整產品尺寸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例的制備工藝示意圖。
[0022][主要元件符號說明]
[0023]1:拉拔模具；
[0024]2:金屬管材；
[0025]3:碳纖維；
[0026]A:拉拔方向。

【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明實施例針對現有的復合線材制備步驟繁瑣，精度低的問題，提供一種金屬與碳纖維復合線材制備方法，包括以下步驟:
[0029]引線夾固，用金屬絲或線材牽引將碳纖維3穿過金屬管件2，金屬管件2與碳纖維3在頭部夾具夾持下固定，將碳纖維3頭部固定于金屬管件2中軸線位置，整體放置在拉拔模具I內；
[0030]拉拔復合，沿拉拔方向A對金屬管件2進行單道次拉拔，金屬管件2的斷面尺寸減小，金屬管件2與碳纖維3先接觸進而緊密結合，最終成為線材；
[0031]退火加工，根據材料最終性能或后續(xù)加工需要進行退火，按照具體金屬種類制定退火溫度與時間。
[0032]其中，所述金屬管件2為單一金屬管件或雙金屬復合管件，其內外徑根據材料的不同及終產品尺寸的需求在范圍內變化，最終保證拉拔后由管材變?yōu)榫€材；所述碳纖維3為增強體占比為1%?50%碳纖維增強體。
[0033]其中，所述引線夾固步驟中所述碳纖維3經過編織預處理，增加表面粗糙度進而增加結合界面強度，從而提高整體強度；或鍍層預處理，降低界面反應，增加結合強度。
[0034]其中，所述拉拔復合步驟中拉拔速度為50?150mm/min，斷面縮減率為5?50%;碳纖維直徑為0.1?30mm ;金屬管件內徑為0.5?40mm,夕卜徑為0.7?150mm。
[0035]其中，所述拉拔復合步驟中拉拔工藝根據金屬管件2的材質選擇熱拉拔或冷拉拔，在熱拉撥步驟中可通入惰性氣體以減少熱拉拔過程中產生的氧化，進一步保護碳纖維3的強度。
[0036]其中，所述復合線材的形狀可調整拉拔模具的形狀實現，以滿足實際需要。
[0037]本發(fā)明的技術方案:
[0038](I)加工方法簡單高效，精度高；
[0039](2)由于加工溫度較低，可以大大降低金屬與碳纖維的界面反應，從而提高界面結合強度，得到力學性能優(yōu)良的產品；
[0040](3)與傳統(tǒng)金屬、雙金屬線材相比，可以大幅度提高線材產品的強度；
[0041](4)得益于拉拔加工的特點，本工藝加工靈活性高，便于調整產品尺寸。
[0042]實施例1
[0043]鋁與碳纖維復合線材制備
[0044]鋁和碳纖維復合線材直徑為12mm，包覆層鋁厚度為5mm，芯部碳纖維增強體直徑為2mm，采用熱拉拔，拉拔過程中通惰性氣體保護，碳纖維增強體表面無鍍層，拉拔速度為100mm/min，減徑率為30%，拉拔后200°C進行0.5h退火。
[0045]實施例2
[0046]銅與碳纖維復合線材制備
[0047]銅和碳纖維復合線材直徑為2mm，包覆層銅厚度為0.8mm,芯部碳纖維增強體直徑為0.4mm，采用熱拉拔，拉拔過程中通惰性氣體保護，碳纖維增強體表面無鍍層，拉拔速度為50mm/min，減徑率為15%，拉拔后400°C進行0.5h退火。
[0048]實施例3
[0049]銀與碳纖維復合微細線材制備
[0050]銀和碳纖維復合微細線材直徑為0.5mm,包覆層銀厚度為0.2mm,芯部碳纖維增強體直徑為0.1mm，采用熱拉拔，拉拔過程中通惰性氣體保護，碳纖維增強體表面無鍍層，拉拔速度為100mm/min，減徑率為20%，拉拔后260°C進行0.5h退火。
[0051]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種金屬與碳纖維復合線材制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 引線夾固，用金屬絲或線材牽引將碳纖維穿過金屬管件，金屬管件與碳纖維在頭部夾具夾持下固定，將碳纖維頭部固定于金屬管件中軸線位置，整體放置在拉拔模具內； 拉拔復合，沿拉拔方向對金屬管件進行單道次拉拔，金屬管件的斷面尺寸減小，金屬管件與碳纖維先接觸進而緊密結合，最終成為線材； 退火加工，根據材料最終性能或后續(xù)加工需要進行退火，按照具體金屬種類制定退火溫度與時間。
2.根據權利要求1所述的金屬與碳纖維復合線材制備方法，其特征在于，所述金屬管件為單一金屬管件或雙金屬復合管件，所述碳纖維為增強體占比為1%?50%碳纖維增強體。
3.根據權利要求1所述的金屬與碳纖維復合線材制備方法，其特征在于，所述引線夾固步驟中所述碳纖維經過編織或鍍層預處理。
4.根據權利要求1所述的金屬與碳纖維復合線材制備方法，其特征在于，所述拉拔復合步驟中拉拔速度為50?150mm/min，斷面縮減率為5?50%;碳纖維直徑為0.1?30mm ；金屬管件內徑為0.5?40mm,夕卜徑為0.7?150mm。
5.根據權利要求1所述的金屬與碳纖維復合線材制備方法，其特征在于，所述拉拔復合步驟中拉拔工藝根據金屬管件的材質選擇熱拉拔或冷拉拔。
6.根據權利要求5所述的金屬與碳纖維復合線材制備方法，其特征在于，所述拉拔復合步驟中通入惰性氣體以減少熱拉拔過程中產生的氧化。
7.根據權利要求1所述的金屬與碳纖維復合線材制備方法，其特征在于，所述復合線材的形狀可調整拉拔模具的形狀實現。
【文檔編號】B21D39/00GK104384212SQ201410697342
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權日:2014年11月27日
【發(fā)明者】吳春京, 謝宸洋, 馮樹偉, 初娣, 劉增輝, 姚金金, 賁利華, 韓艷秋 申請人:北京科技大學