一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，属于材料表面处理技术领域。所述制备方法包括以下步骤：首先对碳纤维复合材料进行真空烘烤、打磨、擦拭，得到预处理后的复合材料；在所述预处理后的复合材料表面涂覆树脂金属有机杂化漆料，得到界面涂层；对得到的界面涂层表面进行喷砂处理后，喷涂沉积金属，得到表面具有金属涂层的碳纤维复合材料。本发明专利技术提供的制备方法，制得的金属涂层表面均匀致密，与碳纤维复合材料的结合强度强。

Preparation of a metal coating on the surface of carbon fiber composites

The invention provides a preparation method for the surface metal coating of carbon fiber composite material, which belongs to the field of material surface treatment technology. The preparation method comprises the following steps: firstly, the carbon fiber composite material by vacuum baking, grinding, cleaning, the composite material after pretreatment; in material coated on the surface of composite resin metal organic hybrid paint the pretreatment, interfacial coating; sandblasting treatment on the surface of the coating interface. Spray deposition of metal, carbon fiber composite material has a metal coating surface. The preparation method provided by the invention has the uniform and compact surface of the metal coating and strong bonding strength with the carbon fiber composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法
本专利技术属于材料表面处理
，具体涉及一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法。
技术介绍
碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、耐烧蚀、耐腐蚀、热膨胀系数小，以及柔曲性和可编性等一系列优异性能，在航空航天领域得到越来越广泛的应用。现阶段航天器结构舱体壁板、中心承力筒、天线、太阳电池阵、遥感相机镜筒及遮光罩等产品已大量材料碳纤维材料制造。受航天器轻量化设计的影响，越来越多的航天器结构产品，如燃料贮箱、光学反射镜、着陆器支撑、大型雷达天线支架等也开始使用复合材料。目前，碳纤维增强树脂基复合材料在运载火箭、导弹武器、航空航天飞行器上业已大量的使用，并逐步成为航空航天结构先进性的标志之一。但是碳纤维增强树脂基复合材料在导电性、导热性、耐高温、电磁屏蔽性能及原子氧腐蚀防护性能等方面与金属材料具有较大差距，限制了其大量应用。因此，碳纤维增强树脂基复合材料的表面金属功能涂层制备显得尤为重要。碳纤维/树脂基复合材料的表面金属涂层制备方法有多种如转移法、化学镀、物理气相沉积、热喷涂等。相对于传统的表面金属涂层制备技术(转移法、化学镀、物理气相沉积、电镀)的局限性如设备昂贵、成本高、存在尺寸限制、稳定性差、污染环境等，热喷涂方法特别是电弧喷涂方法具有喷涂材料范围广(陶瓷、金属、非金属、复材)、涂层功能多(耐磨、耐蚀、隔热、抗氧化、绝缘、导电、防辐射)、操作简单、成本低、不受基体材料和工件尺寸限制、可制备厚涂层、工艺灵活、经济效果好等优点，具有广阔的应用前景。但是，如图1所示，目前热电弧喷涂方法在碳纤维复合材料表面制备金属涂层会损伤基材表面，导致碳纤维复合材料强度下降，与涂层间存在孔隙、裂纹等缺陷，降低了二者结合强度。
技术实现思路
本专利技术技术要解决的问题是：克服现有技术不足，提供一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，制得的金属涂层表面均匀致密，与碳纤维复合材料的结合强度强。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1、首先对碳纤维复合材料进行真空烘烤、打磨、擦拭，得到预处理后的复合材料；步骤2、在所述预处理后的复合材料表面涂覆树脂金属有机杂化漆料，得到界面涂层；步骤3、对得到的界面涂层表面进行喷砂处理后，喷涂沉积金属，得到表面具有金属涂层的碳纤维复合材料。在一可选实施例中，步骤1包括：将碳纤维复合材料在真空、80-120℃条件下，烘烤10-24h，然后用400-800#砂纸打磨表面，再用无水乙醇擦拭。在一可选实施例中，步骤2中所述的树脂金属有机杂化漆料的制备方法包括：将1质量份环氧树脂溶解于1-3质量份乙酸丁酯中，搅拌制得A组分；将0.1-1质量份铝粉溶解于0.1-2质量份乙酸丁酯中，搅拌制得B组分；将所述A组分和B组分以搅拌混合，得到树脂金属有机杂化漆料。在一可选实施例中，在制得所述A组分时，搅拌浆转速为300-500r/min、搅拌时间为1-3h；在制得所述B组分时，搅拌浆转速为300-500r/min、搅拌时间为1-3h；在所述搅拌混合时，搅拌浆转速为300-500r/min、搅拌时间为1-5h。在一可选实施例中，所述铝粉为球形铝粉。所述球形铝粉的粒径优选30-50μm。在一可选实施例中，步骤2中所述的界面涂层的厚度为80-200μm。在一可选实施例中，步骤3所述的喷砂处理，包括：采用40-120#的白刚玉或棕刚玉砂在得到的界面层表面进行喷砂、喷砂压力0.1-0.5MPa。在一可选实施例中，步骤3所述的喷涂沉积金属，包括：采用电弧喷涂的方法在所述界面涂层表面喷涂金属涂层。在一可选实施例中，所述电弧喷涂的参数为：喷涂电压24-32V、喷涂电流100-240A、喷涂距离100-300mm、喷涂压力0.3/0.3-0.5/0.4MPa、喷涂道次3-10道次、间隔时间2-5min。本专利技术与现有技术相比有益效果为：(1)本专利技术实施例提供的碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，通过在碳纤维复合材料与金属涂层间增加树脂金属有机杂化界面涂层，避免了喷砂粗化对碳纤维复合材料的损伤，同时界面涂层在后续金属涂层的热喷涂过程中对碳纤维复合材料提供了热防护，避免了热喷涂对复合材料的热损伤，保证了碳纤维复合材料的力学性能；界面涂层含有有机成分，当施加在碳纤维复合材料表面时，二者间存在化学键结合，增加了结合强度，同时界面涂层中的金属成分与喷涂的金属涂层间在高温下可发生物理及冶金结合，大大提高了整体结合强度；制得的金属涂层表面均匀致密，与碳纤维复合材料的结合强度>10MPa、电阻<3mΩ、孔隙率<5％；(2)通过真空烘烤将碳纤维复合材料中残留的未固化的有机成分及吸附的水分完全析出，避免了施加界面层时产生起泡等，提高了界面层平整度；通过打磨并用无水乙醇擦拭，去除了碳纤维复合材料表面残留的脱模剂等成分，提高了界面层的结合力；(3)本专利技术提供的方法制备的漆料在保证界面层自身强度的同时，使得界面层表面的铝粉颗粒在喷砂后能够有效的裸露，确保与金属涂层的结合，保证结合强度；同时，又保证了铝粉在树脂中的钉扎作用，加强了铝粉和树脂的结合强度；该漆料体系中的树脂在热喷涂过程中受热膨胀冷却时会紧紧包覆金属涂层，进一步提高了机械铆合机制，增加结合强度；(4)所述铝粉优选球形铝粉，球形铝粉在树脂中的流动性较好，提高了漆料的喷涂性能，同时球形铝粉具有较好的钉扎效果，当球形铝粉的粒径为30-50μm时，与热喷涂过程中沉积的金属粒子的粒径较吻合，提高了二者的物理结合机制，进一步提高了结合强度；(5)当界面涂层的厚度为80-200μm时，在保证结合强度的同时，尽可能的降低了附加重量，满足航天器轻量化要求。附图说明图1为现有技术中碳纤维复合材料表面通过电弧喷涂金属铝涂层后的截面形貌图；图2为本专利技术实施例提供的一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法流程图；图3为本专利技术实施例1提供的具有金属涂层的碳纤维复合材料截面形貌图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。参见图2，本专利技术实施例提供了一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1、首先对碳纤维复合材料进行真空烘烤、打磨、擦拭，得到预处理后的复合材料；具体地，所述碳纤维复合材料可以为碳纤维/环氧648树脂基复合材料、碳纤维/氰酸酯树脂基复合材料、碳纤维/酚醛树脂基复合材料等，本专利技术不做限定；步骤2、在所述预处理后的复合材料表面涂覆树脂金属有机杂化漆料，得到界面涂层；具体地，所述树脂金属有机杂化漆料为树脂和金属经有机杂化所得的漆料；所述树脂可以为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等，优选碳纤维复合材料的基体树脂，所述金属可以为铝、铜、镍等，优选与待涂覆的金属涂层一致的金属；步骤3、对得到的界面涂层表面进行喷砂处理后，喷涂沉积金属，得到表面具有金属涂层的碳纤维复合材料。本专利技术实施例提供的碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，通过在碳纤维复合材料与金属涂层间增加树脂金属有机杂化界面涂层，避免了喷砂粗化对碳纤维复合材料的损伤，同时界面涂层在后续金属涂层的热喷涂过程中对碳纤维复合材料提供了热防护，避免了热喷涂对复合材料的热损伤，保证了碳纤维复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、首先对碳纤维复合材料进行真空烘烤、打磨、擦拭，得到预处理后的复合材料；步骤2、在所述预处理后的复合材料表面涂覆树脂金属有机杂化漆料，得到界面涂层；步骤3、对得到的界面涂层表面进行喷砂处理后，喷涂沉积金属，得到表面具有金属涂层的碳纤维复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、首先对碳纤维复合材料进行真空烘烤、打磨、擦拭，得到预处理后的复合材料；步骤2、在所述预处理后的复合材料表面涂覆树脂金属有机杂化漆料，得到界面涂层；步骤3、对得到的界面涂层表面进行喷砂处理后，喷涂沉积金属，得到表面具有金属涂层的碳纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，其特征在于，步骤1包括：将碳纤维复合材料在真空、80-120℃条件下，烘烤10-24h，然后用400-800#砂纸打磨表面，再用无水乙醇擦拭。3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的树脂金属有机杂化漆料的制备方法包括：将1质量份环氧树脂溶解于1-3质量份乙酸丁酯中，搅拌制得A组分；将0.1-1质量份铝粉溶解于0.1-2质量份乙酸丁酯中，搅拌制得B组分；将所述A组分和B组分搅拌混合，得到树脂金属有机杂化漆料。4.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料表面金属涂层的制备方法，其特征在于：在制得所述A组分时，搅拌浆转速为300-500r/min、搅拌时间为1-3h；在制得所述B组分时，搅拌浆转速为300-500r/...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杭，张家强，张立功，崔庆新，白晶莹，贺光辉，杨铁山，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂，
类型：发明
国别省市：北京,11