[发明专利]一种纤维增强金属基复合板材及其预处理方法

说明书

本发明公开了一种纤维增强金属基复合板材及其预处理方法，具有包括增强纤维和金属基体材料交替堆垛的多层复合结构；其中，增强纤维为具有微网眼编织结构的碳纤维布或玻璃纤维布，金属基体材料为厚度为1‑3mm的轻质金属材料。采用包括等间隔点焊、直线轨迹焊接、圆轨迹焊接或螺旋轨迹焊接中一种的飞秒/皮秒激光焊接，工艺参数为：激光斑束直径为2‑100μm，激光功率为0.1‑4kW，焊接速度为10‑80mm/min，焊接电流为50‑200A，利用飞秒/皮秒激光的窄光斑、非线性高吸收率及高穿透性，实现被纤维隔离的双金属薄板通过纤维微孔处的焊接冶金结合，制得高强度的纤维增强金属基复合板。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种纤维增强金属基复合板材及其预处理方法。

背景技术

日益增长的工程技术水平对材料性能的要求越来越高，为了提高材料的强度和塑性，从传统的钢铁复合材料到铝镁轻金属复合板，再到纤维增强金属基复合板，逐步实现了具有高强度、高塑性和低重量的复合材料，从而满足工程领域的应用，特别是在汽车和航空航天领域。

但是，纤维增强金属基复合板的制备技术尚不成熟，主要原因是熔点较高，各种复合工艺均需加热到较高温度进行材料软化和扩散，同时需要较大的外加载荷致使界面牢固结合，而目前的纤维材料主要为碳纤维和玻璃纤维，碳纤维虽具有较高的强度，但不耐高温，在高温状态下易氧化，玻璃纤维在承受较大径向力时也易碎化，限制了纤维与金属基之间的复合。为了克服上述困难，一般将碳纤维镀膜放置于真空中进行热压或热轧制备纤维增强金属基复合板，但增加了制备成本和工艺周期，由此带来的繁琐工序也增加复合板性能在工业生产中的不确定性。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的问题是提供一种纤维增强金属基复合板材及其预处理方法，利用飞秒/皮秒激光的窄光斑、非线性高吸收率及高穿透性，实现被纤维隔离的双金属薄板通过纤维微孔处的焊接冶金结合，制备具有高强度的纤维增强金属基复合板。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

第一方面，纤维增强金属基复合板材，具有包括增强纤维和金属基体材料交替堆垛的多层复合结构；其中，

所述增强纤维为具有微网眼编织结构的碳纤维布或玻璃纤维布；所述金属基体材料为厚度为1-3mm的轻质金属材料。

优选的，所述轻质金属材料包括铝合金和/或镁合金。

优选的，所述纤维增强金属基复合板材的结构为五层复合结构，自下而上依次为铝合金、增强纤维、镁合金、增强纤维和铝合金。

第二方面，上述纤维增强金属基复合板材的预处理方法，包括以下步骤：

(1)分别对铝合金板和镁合金板进行包括去氧化皮打磨和清洗的表面处理；

(2)将步骤(1)处理后的板材按照自下而上依次为铝合金、增强纤维、镁合金装配并固定，经所述铝合金一侧进行飞秒/皮秒激光焊接，所述激光焊接的工艺参数包括：

激光斑束直径为2-100μm，激光功率为0.1-4kW，焊接速度为10-80mm/min，焊接电流为50-200A；

(3)将步骤(2)激光焊接后的复合板所述镁合金一侧依次与同步骤(2)相同的增强纤维和铝合金装配并固定，经所述铝合金一侧进行飞秒/皮秒激光焊接，所述激光焊接工艺与同步骤(2)相同，即得。

优选的，所述飞秒/皮秒激光焊接的方式包括等间隔点焊、直线轨迹焊接、圆轨迹焊接或螺旋轨迹焊接中的一种。

本发明的有益效果在于：