一种金属与碳纤维复合线材制备方法
【专利摘要】本发明提供一种金属与碳纤维复合线材制备方法，涉及金属材料领域，以解决现有复合线材制备步骤繁琐，精度低的问题。包括以下步骤：引线夹固，用金属丝或线材牵引将碳纤维穿过金属管件，金属管件与碳纤维在头部夹具夹持下固定，将碳纤维头部固定于金属管件中轴线位置，整体放置在拉拔模具内；拉拔复合，沿拉拔方向对金属管件进行单道次拉拔，金属管件的断面尺寸减小，金属管件与碳纤维先接触进而紧密结合，最终成为线材；退火加工，根据材料最终性能或后续加工需要进行退火，按照具体金属种类制定退火温度与时间。本发明实施例用以提高复合线材的强度。
【专利说明】 一种金属与碳纤维复合线材制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料领域，特别是指一种金属与碳纤维复合线材制备方法。
【背景技术】
[0002]随科技的发展，工业领域对线材的强度要求不断提高，传统方法制备高强度线材已经很难提高其强度，复合材料科学以及碳纤维的发展，使得利用连续碳纤维增强体制备金属基复合材料成为提高线材强度新的突破点。
[0003]与其他塑性加工方法想比较，拉拔有以下特点:拉拔制品尺寸精确，表面质量高，由于拉拔一般在冷状态下进行，与热轧材相比，拉拔制品有较高的尺寸精度，因此使用冷拔制品可以减少材料在机械加工时的加工余量，节约材料；拉拔制品力学性能高，在拉拔过程中，会产生加工硬化，从而使材料的强度提高，可以充分发挥材料的作用；拉拔生产的工具和设备简单，维修方便，在一台拉拔设备上只需更换模具即可生产多种规格和品种的制品；拉拔方法也很适合于连续高速生产断面尺寸很小而长度很长的制品，生产率高。目前有科研单位使用机械加工、表面处理、旋压、拉拔和后续扩散退火等工艺方法，制备铝铜双金属复合棒。
[0004]金属基复合材料相对于传统金属材料来说，具有较高的比强度和比刚度；与树脂基复合材料相比，又具有优良的导电性和耐热性；与陶瓷基复合材料相比，具有高韧性和高冲击性能。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种金属与碳纤维复合线材制备方法，以解决现有复合线材制备步骤繁琐，精度低的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种金属与碳纤维复合线材制备方法，包括以下步骤:
[0007]引线夹固，用金属丝或线材牵引将碳纤维穿过金属管件，金属管件与碳纤维在头部夹具夹持下固定，将碳纤维头部固定于金属管件中轴线位置，整体放置在拉拔模具内；
[0008]拉拔复合，沿拉拔方向对金属管件进行单道次拉拔，金属管件的断面尺寸减小，金属管件与碳纤维先接触进而紧密结合，最终成为线材；
[0009]退火加工，根据材料最终性能或后续加工需要进行退火，按照具体金属种类制定退火温度与时间。
[0010]其中，所述金属管件为单一金属管件或双金属复合管件，所述碳纤维为增强体占比为1%?50%碳纤维增强体。
[0011]其中，所述引线夹固步骤中所述碳纤维经过编织或镀层预处理。
[0012]其中，所述拉拔复合步骤中拉拔速度为50?150mm/min，断面缩减率为5?50%;碳纤维直径为0.1?30mm ;金属管件内径为0.5?40mm,夕卜径为0.7?150mm。
[0013]其中，所述拉拔复合步骤中拉拔工艺根据金属管件的材质选择热拉拔或冷拉拔。
[0014]其中，所述拉拔复合步骤中通入惰性气体以减少热拉拔过程中产生的氧化。
[0015]其中，所述复合线材的形状可调整拉拔模具的形状实现。
[0016]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0017](I)加工方法简单高效，精度高；
[0018](2)由于加工温度较低，可以大大降低金属与碳纤维的界面反应，从而提高界面结合强度，得到力学性能优良的产品；
[0019](3)与传统金属、双金属线材相比，可以大幅度提高线材产品的强度；
[0020](4)得益于拉拔加工的特点，本工艺加工灵活性高，便于调整产品尺寸。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例的制备工艺示意图。
[0022][主要元件符号说明]
[0023]1:拉拔模具；
[0024]2:金属管材；
[0025]3:碳纤维；
[0026]A:拉拔方向。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0028]如图1所示，本发明实施例针对现有的复合线材制备步骤繁琐，精度低的问题，提供一种金属与碳纤维复合线材制备方法，包括以下步骤:
[0029]引线夹固，用金属丝或线材牵引将碳纤维3穿过金属管件2，金属管件2与碳纤维3在头部夹具夹持下固定，将碳纤维3头部固定于金属管件2中轴线位置，整体放置在拉拔模具I内；
[0030]拉拔复合，沿拉拔方向A对金属管件2进行单道次拉拔，金属管件2的断面尺寸减小，金属管件2与碳纤维3先接触进而紧密结合，最终成为线材；
[0031]退火加工，根据材料最终性能或后续加工需要进行退火，按照具体金属种类制定退火温度与时间。
[0032]其中，所述金属管件2为单一金属管件或双金属复合管件，其内外径根据材料的不同及终产品尺寸的需求在范围内变化，最终保证拉拔后由管材变为线材；所述碳纤维3为增强体占比为1%?50%碳纤维增强体。
[0033]其中，所述引线夹固步骤中所述碳纤维3经过编织预处理，增加表面粗糙度进而增加结合界面强度，从而提高整体强度；或镀层预处理，降低界面反应，增加结合强度。
[0034]其中，所述拉拔复合步骤中拉拔速度为50?150mm/min，断面缩减率为5?50%;碳纤维直径为0.1?30mm ;金属管件内径为0.5?40mm,夕卜径为0.7?150mm。
[0035]其中，所述拉拔复合步骤中拉拔工艺根据金属管件2的材质选择热拉拔或冷拉拔，在热拉拨步骤中可通入惰性气体以减少热拉拔过程中产生的氧化，进一步保护碳纤维3的强度。
[0036]其中，所述复合线材的形状可调整拉拔模具的形状实现，以满足实际需要。
[0037]本发明的技术方案:
[0038](I)加工方法简单高效，精度高；
[0039](2)由于加工温度较低，可以大大降低金属与碳纤维的界面反应，从而提高界面结合强度，得到力学性能优良的产品；
[0040](3)与传统金属、双金属线材相比，可以大幅度提高线材产品的强度；
[0041](4)得益于拉拔加工的特点，本工艺加工灵活性高，便于调整产品尺寸。
[0042]实施例1
[0043]铝与碳纤维复合线材制备
[0044]铝和碳纤维复合线材直径为12mm，包覆层铝厚度为5mm，芯部碳纤维增强体直径为2mm，采用热拉拔，拉拔过程中通惰性气体保护，碳纤维增强体表面无镀层，拉拔速度为100mm/min，减径率为30%，拉拔后200°C进行0.5h退火。
[0045]实施例2
[0046]铜与碳纤维复合线材制备
[0047]铜和碳纤维复合线材直径为2mm，包覆层铜厚度为0.8mm,芯部碳纤维增强体直径为0.4mm，采用热拉拔，拉拔过程中通惰性气体保护，碳纤维增强体表面无镀层，拉拔速度为50mm/min，减径率为15%，拉拔后400°C进行0.5h退火。
[0048]实施例3
[0049]银与碳纤维复合微细线材制备
[0050]银和碳纤维复合微细线材直径为0.5mm,包覆层银厚度为0.2mm,芯部碳纤维增强体直径为0.1mm，采用热拉拔，拉拔过程中通惰性气体保护，碳纤维增强体表面无镀层，拉拔速度为100mm/min，减径率为20%，拉拔后260°C进行0.5h退火。
[0051]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种金属与碳纤维复合线材制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 引线夹固，用金属丝或线材牵引将碳纤维穿过金属管件，金属管件与碳纤维在头部夹具夹持下固定，将碳纤维头部固定于金属管件中轴线位置，整体放置在拉拔模具内； 拉拔复合，沿拉拔方向对金属管件进行单道次拉拔，金属管件的断面尺寸减小，金属管件与碳纤维先接触进而紧密结合，最终成为线材； 退火加工，根据材料最终性能或后续加工需要进行退火，按照具体金属种类制定退火温度与时间。
2.根据权利要求1所述的金属与碳纤维复合线材制备方法，其特征在于，所述金属管件为单一金属管件或双金属复合管件，所述碳纤维为增强体占比为1%?50%碳纤维增强体。
3.根据权利要求1所述的金属与碳纤维复合线材制备方法，其特征在于，所述引线夹固步骤中所述碳纤维经过编织或镀层预处理。
4.根据权利要求1所述的金属与碳纤维复合线材制备方法，其特征在于，所述拉拔复合步骤中拉拔速度为50?150mm/min，断面缩减率为5?50%;碳纤维直径为0.1?30mm ；金属管件内径为0.5?40mm,夕卜径为0.7?150mm。
5.根据权利要求1所述的金属与碳纤维复合线材制备方法，其特征在于，所述拉拔复合步骤中拉拔工艺根据金属管件的材质选择热拉拔或冷拉拔。
6.根据权利要求5所述的金属与碳纤维复合线材制备方法，其特征在于，所述拉拔复合步骤中通入惰性气体以减少热拉拔过程中产生的氧化。
7.根据权利要求1所述的金属与碳纤维复合线材制备方法，其特征在于，所述复合线材的形状可调整拉拔模具的形状实现。
【文档编号】B21D39/00GK104384212SQ201410697342
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】吴春京, 谢宸洋, 冯树伟, 初娣, 刘增辉, 姚金金, 贲利华, 韩艳秋 申请人:北京科技大学