【摘 要】
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碳纤维增强铝基复合材料相比铝合金具有更好的力学性能、导电性以及热膨胀系数低等优点。但碳纤维增强铝基复合材料较铝合金相比具有更多的界面,腐蚀会优先在界面结合处发生,从而导致复合材料出现腐蚀失效,因此复合材料的腐蚀机理及防护措施需要进一步开展。本文中是以5056Al铝合金作为基体、M40J碳纤维布作为增强体,通过液相压力浸渗法制备Cf/Al复合材料。通过在基体中添加不同含量的稀土元素（Ce/Y）来探究
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碳纤维增强铝基复合材料相比铝合金具有更好的力学性能、导电性以及热膨胀系数低等优点。但碳纤维增强铝基复合材料较铝合金相比具有更多的界面,腐蚀会优先在界面结合处发生,从而导致复合材料出现腐蚀失效,因此复合材料的腐蚀机理及防护措施需要进一步开展。本文中是以5056Al铝合金作为基体、M40J碳纤维布作为增强体,通过液相压力浸渗法制备Cf/Al复合材料。通过在基体中添加不同含量的稀土元素（Ce/Y）来探究对Cf/Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响。利用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、分析天平、盐雾试验箱及电化学工作站等仪器设备对Cf/Al的显微组织、力学性能及腐蚀性能进行测试及分析。研究结果表明,制备的Cf/Al复合材料浸渗良好,致密度高于99%。随着稀土元素的加入,复合材料的硬度和抗弯强度呈现先上升后下降的趋势,在添加0.2wt.%Ce的复合材料抗弯强度为516MPa,添加0.2wt.%Y的复合材料抗弯强度为495MPa,二者的力学性能最好,较Cf/5056Al的376MPa增加了37.22%和31.64%。对5056Al和Cf/5056Al的电化学腐蚀行为分析,研究发现5056Al及Cf/5056Al复合材料的腐蚀电流密度在3.5%Na Cl溶液中随浸泡时间的延长呈现出周期性变化的特点。通过交流阻抗谱图表明5056Al和Cf/5056Al腐蚀行为并不一致,5056Al的阻抗谱图为容抗弧模式而Cf/5056Al复合材料的阻抗谱图为容抗扩散模式。Cf/5056Al的总阻抗要比5056Al低很多,复合材料的耐腐蚀性能大幅度下降。探究了稀土元素对Cf/5056Al复合材料的腐蚀行为的影响,通过盐雾腐蚀失重试验发现基体中添加了0.1wt.%Ce和0.2wt.%Y的复合材料耐腐蚀性最好,Cf/5056Al复合材料耐蚀性最差。通过电化学试验也发现,随着基体中稀土元素含量的提高,复合材料的耐腐蚀性出现先升高后降低的趋势。Cf/5056Al+0.1Ce和Cf/5056Al+0.2Y的腐蚀电流密度分别为6.73μA·cm-2和1.72μA·cm-2相比Cf/5056Al的腐蚀电流密度19.09μA·cm-2有显著下降。稀土元素的加入对Cf/5056Al复合材料的影响机理为:一方面稀土元素加入后会向界面处偏聚,适量的稀土元素分布在界面处会抑制界面反应的发生,阻碍Al4C3的生成;另一方面稀土元素的加入也会改变Cf/5056Al界面处与碳纤维接触处的基体的电极电位,随着适量的稀土元素的加入会提高界面处基体的电极电位,从而减缓了电偶腐蚀的速率。
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