连续碳纤维增强铝基复合材料的界面优化和性能研究

张宇博; 冀俊凯; 杨茜; 白清领; 刘德华

doi:10.15980/j.tzzz.Y20260006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

连续碳纤维增强铝基复合材料的界面优化和性能研究

本期推荐 | 更新时间：2026-10-16

- 连续碳纤维增强铝基复合材料的界面优化和性能研究
- Interface Optimization and Performance of Continuous Carbon Fiber Reinforced Aluminum Matrix Composites
- 特种铸造及有色合金 2026年46卷第10期页码：1452-1459
- 作者机构：
  
  1.大连理工大学材料科学与工程学院，大连 116024
  2.滨州铝产业先进制造山东省实验室，滨州魏桥国科高等技术研究院，滨州 256606
  3.大连理工大学机械工程学院，大连 116024
- 作者简介：
  
  张宇博，男，1985年出生，副教授，E-mail： ybzhang@dlut.edu.cn
  白清领，男，1983年出生，高级工程师，E-mail： baiql098@wqmail.cn
- 基金信息：
  
  滨州魏桥国科高等技术研究院自主研发项目(GYY-JS-2022-ST-001-2025-ZY-001)
- DOI：10.15980/j.tzzz.Y20260006
  中图分类号： TB331;TG379;TG146.21
- 收稿：2026-04-16，
  
  修回：2026-05-17，
  
  录用：2026-05-21，
  
  纸质出版：2026-10-20
- 稿件说明：
移动端阅览
张宇博，冀俊凯，杨茜，等. 连续碳纤维增强铝基复合材料的界面优化和性能研究［J］. 特种铸造及有色合金，2026，46（10）：1 452-1 459.

ZHANG Y B，JI J K，YANG X，et al. Interface optimization and performance of continuous carbon fiber reinforced aluminum matrix composites［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2026，46（10）：1 452-1 459.
张宇博，冀俊凯，杨茜，等. 连续碳纤维增强铝基复合材料的界面优化和性能研究［J］. 特种铸造及有色合金，2026，46（10）：1 452-1 459. DOI： 10.15980/j.tzzz.Y20260006.

ZHANG Y B，JI J K，YANG X，et al. Interface optimization and performance of continuous carbon fiber reinforced aluminum matrix composites［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2026，46（10）：1 452-1 459. DOI： 10.15980/j.tzzz.Y20260006.

摘要

为提高碳纤维增强铝基复合材料的界面结合质量，研究了一种化学镀铜优化工艺与对应的热压调控技术。结果表明，采用十二烷基苯磺酸钠作为分散剂并结合镀液pH值，可有效消

除碳纤维表面镀层的岛状凸起和漏镀缺陷，获得均匀、光滑的铜镀层，单束碳纤维不同位置镀层厚度偏差降低至14%。在此基础上通过调控热压烧结温度，可在600 ℃时诱导铜镀层扩散并生成尺寸细小（0.92 µm）的Al

Cu相，从而改善界面结合。碳纤维体积分数为2.6%时，复合材料的抗拉强度较纯铝提高了169%，纤维增强效率可达95.1%，其失效行为表现为纤维的拔出和切断相结合的模式。

Abstract

To improve the interfacial bonding quality of carbon fiber reinforced aluminum-matrix composites， a strategy combining electroless copper plating process and hot-pressing regulation was developed. The results indicate that island-like protrusions and uncoated defects on the carbon fiber surface are effectively eliminated by taking sodium dodecylbenzene sulfonate as dispersant combined with pH value of electroless plating solution， leading to a continuous and smooth copper coating. On this basis， copper coating diffusion can be induced at 600 ℃ by adjusting hot-pressing sintering temperature， resulting in a fine Al

Cu phase（0.92 µm）， which improves the interfacial bonding. The tensile strength of composites is 169% higher than that of pure aluminum with carbon fiber volume fraction of 2.6%， and the fiber reinforcement efficiency reaches 95.1%. The failure behavior is characterized by mixed mode of fiber pull-out and direct fiber-cutting.

关键词

Keywords

references

WU J H ， ZHANG C ， MENG Q N ， et al . Study on tensile properties of carbon fiber reinforced AA7075 composite at high temperatures ［J］. Materials Science and Engineering ， 2021 ， A825 ： 141 931 .

MILLER W S ， ZHUANG L ， BOTTEMA J ， et al . Recent development in aluminium alloys for the automotive industry ［J］. Materials Science & Engineering ， 2000 ， A 280 （ 1 ）： 37 - 49 .

HAO X W ， NIE H H ， YE Z ， et al . Mechanical properties of a novel fiber metal laminate based on a carbon fiber reinforced Zn-Al alloy composite ［J］. Materials Science and Engineering ， 2019 ， A740 ： 218 - 225 .

SHIRVANIMOGHADDAM K ， HAMIM S U ， AKBARI M K ， et al . Carbon fiber reinforced metal matrix composites： Fabrication processes and properties ［J］. Composites Part ， 2017 ， A92 ： 70 - 96 .

ZHANG Y B ， YANG X ， CUI M ， et al . Achieving optimal infiltration behavior of carbon fiber/Al-2219 composites by chemical modification of carbon fiber ［J］. Results in Engineering ， 2024 ， 21 ： 101 843 .

LI S H ， CHAO C G . Effects of carbon fiber/Al interface on mechanical properties of carbon-fiber-reinforced aluminum-matrix composites ［J］. Metallurgical and Materials Transactions ， 2004 ， A 35 （ 7 ）： 2 153 - 2 160 .

GALYSHEV S ， GOMZIN A ， MUSIN F . Aluminum matrix composite reinforced by carbon fibers ［J］. Materials Today： Proceedings ， 2019 ， 11 ： 281 - 285 .

YANG X ， ZHANG Y B ， LIU J M ， et al . Enhancing mechanical properties of C f /Al composites through multi-scale interfacial strengthening by introducing carbon nanotube-grafted carbon fibers ［J］. Surfaces and Interfaces ， 2025 ， 64 ： 106 440 .

MIRANDA A T ， BOLZONI L ， BAREKAR N ， et al . Processing， structure and thermal conductivity correlation in carbon fibre reinforced aluminium metal matrix composites ［J］. Materials & Design ， 2018 ， 156 ： 329 - 339 .

ALTEN A ， ERZI E ， GÜRSOY Ö ， et al . Production and mechanical characterization of Ni-coated carbon fibers reinforced Al-6063 alloy matrix composites ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2019 ， 787 ： 543 - 550 .

ZHAO W N ， XU Z M ， SUN T Y ， et al . Carbon cloth surface-decorated with silver nanoparticles for surface-enhanced Raman scattering ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2014 ， 584 ： 635 - 639 .

OH S I ， LIM J Y ， KIM Y C ， et al . Fabrication of carbon nanofiber reinforced aluminum alloy nanocomposites by a liquid process ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2012 ， 542 ： 111 - 117 .

LIU J M ， YANG X ， DONG B W ， et al . Microstructure evolution and enhanced mechanical properties of C f /Mg composites with optimized fiber/matrix interfacial adhesion ［J］. Composites ， 2024 ， B287 ： 111 852 .

YANG X ， ZHANG Y B ， LIU J J ， et al . Synergistically enhancing the strength-ductility of Al8Mg-matrix composite by constructing C f -CNTs multi-scale reinforcement ［J］. Materials Science and Engineering ， 2025 ， A924 ： 147 845 .

ZHOU Q W ， LI G L ， ZHOU Z P ， et al . Effect of Ni 2+ concentration on microstructure and bonding capacity of electroless copper plating on carbon fibers ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2021 ， 863 ： 158 467 .

LIU J M ， YANG X ， YUE D S ， et al . Enhanced interfacial microstructure evolution and mechanical properties of C f /Al-Mg composites with optimal interconnected coating ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2023 ， 27 ： 5 994 - 6007 .

ZHANG J J ， LIU S C ， LIU J M ， et al . Electroless nickel plating and spontaneous infiltration behavior of woven carbon fibers ［J］. Materials & Design ， 2020 ， 186 ： 108 301 .

GUPTA N ， NGUYEN N Q ， ROHATGI P K . Analysis of active cooling through nickel coated carbon fibers in the solidification processing of aluminum matrix composites ［J］. Composites ， 2011 ， B 42 （ 4 ）： 916 - 925 .

KUMAR L ， ALAM S N ， SAHOO S K . Influence of nanostructured Al on the mechanical properties and sliding wear behavior of Al-MWCNT composites ［J］. Materials Science and Engineering ， 2021 ， B269 ： 115 162 .

HUANG Y ， OUYANG Q B ， ZHANG D ， et al . Carbon materials reinforced aluminum composites： A review ［J］. Acta Metallurgica Sinica （English Letters）， 2014 ， 27 （ 5 ）： 775 - 786 .

ZHANG S ， QI F Z ， ZHANG L ， et al . Effect of aging treatment on high temperature mechanical properties of a cast Al-Li-Cu alloy ［J］. Materials Science and Engineering ， 2024 ， A896 ： 146 300 .

LIU J M ， ZHANG Y B ， WANG W ， et al . Effects of interfacial diffusion induced infiltration process on the microstructure evolution and interfacial enhancement of C f /Mg composites ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2021 ， 294 ： 117 143 .

MU W P ， LIN J B ， LIU E Q ， et al . Fabrication and interface optimization of continuous C f /Al composites with different reinforcement volume fraction ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2023 ， 938 ： 168 297 .

YANG X ， ZHANG Y B ， HUANG J R ， et al . Interfacial microstructure evolution and mechanical properties of carbon fiber reinforced Al-matrix composites fabricated by a pressureless infiltration process ［J］. Materials Science and Engineering ， 2024 ， A891 ： 145 968 .

FAN Y ， HUANG K ， MAKHLOUF M M . Precipitation strengthening in Al-Ni-Mn alloys ［J］. Metallurgical and Materials Transactions ， 2015 ， A46 ： 5 830 - 5 841 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

孔型轧制对钇添加AZ91D合金组织及性能的影响

固溶-预拉伸-时效协同提升7075铝合金强塑性研究

铝合金缸体低压铸造数值模拟与工艺改进

时效处理对粉末触变成形制备层状异质结构铝合金组织和力学性能的影响

基于Al-Sr-RE复合变质高Fe含量AlSi10MnMg（Fe）合金的组织和性能