本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种混合碳纤维镁合金复合材料及其制备方法。
背景技术：
现有技术；目前，镁合金因其比强度和比刚度高，已在生产中大规模的应用。金属镁重量轻，如果在镁合金中嵌入碳纤维，可形成轻质的性能更高的镁基纤维增强复合材料，从而运用到更广阔的领域，例如航天、机械、建筑等。
技术实现要素：
本发明针对上述技术缺陷，提供一种混合碳纤维增强的镁合金复合材料及其制备方法。该纤维增强镁基复合材料性能可在更大程度范围内调节，该镁基复合材料制备方法简单，无环境污染，生产成本低。
技术方案：一种混合碳纤维增强的镁合金复合材料，该复合材料是由高强度碳纤维和高模量碳纤维混合增强的以镁合金为基体的复合材料，所述高强度型碳纤维的强度为5000～5500mpa，模量在200～300gpa范围，所述高模量型碳纤维的模量为550～600gpa，强度为3800～4000mpa，高强度碳纤维和高模量碳纤维的体积比为3:1～1:3，两种碳纤维混合后占整个复合材料体积的50～70％，复合材料镁合金基体的合金元素的质量百分比为：6％≤al≤9％，0.5％≤zn≤1％，0<sb≤2％，0<sn≤1.2％，0.2％≤be≤1.2％，0<ti≤0.5％，0<si≤0.5％，0<sr≤1％，其余为镁。一种制备混合碳纤维增强的镁合金复合材料的方法，将高强度碳纤维和高模量碳纤维浸入含氟锆盐的质量浓度为1～2％的水溶液中，保持2～6min，氟锆盐的水溶液的溶质为k3zrf7和k2zrf6的混合盐，k3zrf7和k2zrf6的质量比为10:1～100；然后将上述纤维取出并干燥，按高强度碳纤维和高模量碳纤维的体积比为3:1～1:3上下交替铺放在模具型腔中，形成纤维束平行铺放的预制型，所用高强度型碳纤维的强度为5000～5500mpa，模量在200～300gpa范围，所用高模量型碳纤维的模量为550～600gpa，强度为3800～4000mpa；再将基体镁合金微粉置于纤维束预制型的上面，镁合金微粉的粒径在0.1～1mm范围，碳纤维和镁合金微粉的体积比为1:1～7:3；然后再将装有碳纤维和镁合金微粉的模具置于微振台上进行振动，振动频率为200hz，振动时间为5～20min；振动停止后用金属压头将纤维/金属混合物压紧，压紧力为1～6mpa；去除压力后把模具放入sf6气氛中加热至670～720℃，保持20～40min；最后将模具取出冷却至室温即得到纤维增强镁基复合材料。
有益效果：本发明提出一种性能可调节程度更大的纤维增强镁基复合材料，增强纤维由高强度碳纤维和高模量碳纤维的组成。该镁基复合材料制备方法程序少，工艺简单，无需特殊机械，消耗能量低，生产成本低。
具体实施方式
高强度纤维的强度或模量为a，体积分数a。
高模量纤维的强度或模量为b，体积分数b。
镁合金基体强度为200～250mpa，以250mpa为例，镁合金基体模量为0.04～0.05gpa，以0.045gpa为例，体积分数为c。
复合材料沿纤维轴向的强度为g＝aa+bb+250c。
复合材料沿纤维轴向的模量为e＝aa+bb+0.045c。
实施例1：
高强度型碳纤维的强度为5000mpa，模量为200gpa，高模量型碳纤维的模量为550gpa，强度为3800mpa，高强度碳纤维和高模量碳纤维的体积比为3：1，两种碳纤维混合后占整个复合材料体积的50％，复合材料镁合金基体的合金元素的质量百分比为：al：6％，zn：0.5％，sb：0.1％，sn：0.1％，be：0.2％，ti：0.1％，si：0.1％，sr：1％，其余为mg。将高强度碳纤维和高模量碳纤维浸入氟锆盐质量浓度为1％的水溶液中保持2min，然后将上述纤维取出纤维并干燥，按高强度碳纤维和高模量碳纤维的体积比为3:1上下交替间隔铺放在模具型腔中，两种纤维束平行铺放形成预制型，再将基体镁合金微粉置于纤维束预制型的上面，镁合金微粉的粒径为0.1mm，碳纤维和镁合金微粉的体积比为1:1；然后再将装有碳纤维和镁合金微粉的模具置于微振台上进行振动，微振频率为200hz，在振动中镁合金微粉通过预制型间隙混入短纤维束，振动时间为5min；振动停止后用金属压头将纤维/金属混合物压紧，压紧力为1mpa；去除压力后把模具放入sf6气氛中加热至670℃，保持20～40min；最后将模具取出冷却至室温即得到纤维增强镁基复合材料。氟锆盐的水溶液的溶质为k3zrf7和k2zrf6的混合盐，k3zrf7和k2zrf6的质量比为1:10。
复合材料的强度为g＝aa+bb+250c＝2475mpa。
复合材料的模量为e＝aa+bb+0.045c＝143.7725gpa。
实施例2：
高强度型碳纤维的强度为5500mpa，模量为300gpa，所述高模量型碳纤维的模量为600gpa，强度为4000mpa，高强度碳纤维和高模量碳纤维的体积比为1∶3，两种碳纤维混合后占整个复合材料体积的70％，复合材料镁合金基体的合金元素的质量百分比为：al：9％，zn：1％，sb：2％，sn：1.2％，be：1.2％，ti：0.5％，si：0.5％，sr：1％，其余为镁。将高强度碳纤维和高模量碳纤维浸入氟锆盐质量浓度为2％的水溶液中保持6min，然后将上述纤维取出纤维并干燥，按高强度碳纤维和高模量碳纤维的体积比为1:3上下交替间隔铺放在模具型腔中，两种纤维束平行铺放形成预制型，再将基体镁合金微粉置于纤维束预制型的上面，镁合金微粉的粒径在1mm范围，碳纤维和镁合金微粉的体积比为7:3；然后再将装有碳纤维和镁合金微粉的模具置于微振台上进行振动，微振频率为200hz，在振动中镁合金微粉通过预制型间隙混入短纤维束，振动时间为20min；振动停止后用金属压头将纤维/金属混合物压紧，压紧力为6mpa；去除压力后把模具放入sf6气氛中加热至720℃后，保持40min；最后将模具取出冷却至室温即得到纤维增强镁基复合材料。氟锆盐的水溶液的溶质为k3zrf7和k2zrf6的混合盐，k3zrf7和k2zrf6的质量比为10:1。
复合材料的强度为g＝aa+bb+250c＝3137.5mpa。
复合材料的模量为e＝aa+bb+0.045c＝367.5135gpa。
实施例3：
高强度型碳纤维的强度为5200mpa，模量在150gpa范围，所述高模量型碳纤维的模量为580gpa，强度为3900mpa，两种碳纤维混合后占整个复合材料体积的60％，复合材料镁合金基体的合金元素的质量百分比为：al：8％，zn：0.9％，sb：1％，sn：1％，be：1％，ti：0.3％，si：0.3％，sr：0.5％，其余为镁。将高强度碳纤维和高模量碳纤维浸入氟锆盐质量浓度为1.5％的水溶液中保持4min，然后将上述纤维取出纤维并干燥，按高强度碳纤维和高模量碳纤维的体积比为1:1上下交替间隔铺放在模具型腔中，高强度纤维周围相邻空间内为高模量纤维，两种纤维束平行铺放形成预制型，所用高强度型碳纤维的强度为5200mpa，模量在260gpa范围，所用高模量型碳纤维的模量为580gpa，强度为3900mpa，再将基体镁合金微粉置于纤维束预制型的上面，镁合金微粉的粒径在0.5mm范围，碳纤维和镁合金微粉的体积比为3:2；然后再将装有碳纤维和镁合金微粉的模具置于微振台上进行振动，振动频率为200hz，振动时间为15min；振动停止后用金属压头将纤维/金属混合物压紧，压紧力为5mpa；去除压力后把模具放入sf6气氛中加热至700℃，保持30min；最后将模具取出冷却至室温即得到纤维增强镁基复合材料。氟锆盐的水溶液的溶质为k3zrf7和k2zrf6的混合盐，k3zrf7和k2zrf6的质量比为1:1。
复合材料的强度为g＝aa+bb+250c＝2855mpa。
复合材料的模量为e＝aa+bb+0.045c＝219.0225gpa。