本文采取碳纤维表面镀镍处理，首先用去离子水对去胶碳纤维反复清洗，然后将清洗过的碳纤维置于80℃恒温干燥箱中，干燥后待用。将适量去胶碳纤维和铁粒，加入镀镍溶液中，利用电磁搅拌器搅拌120 min；利用去离子水清洗反应后的碳纤维并置于80℃的真空干燥箱中干燥，取出后得到镀镍碳纤维。镀镍溶液配置比例如 表1 所示； 图1 所示为碳纤维镀镍流程。

通过浇铸成型工艺制得碳纤维/6061Al复合材料。首先对镀镍碳纤维进行抗氧化处理，采用浓度为1%硼酸溶液浸泡镀镍碳纤维，烘干后待用。高温炉装置进行预热后，将6061铝合金置入高温炉内熔炼，去渣处理，将准备好的碳纤维倒入高温炉内，用铁棒进行搅拌，待搅拌均匀后将熔炼得到的复合材料倒入砂模中，冷却，脱模，即得到碳纤维/6061铝合金复合材料坯料。

采用电子万能试验机和霍普金森压杆实验装置分别考察了碳纤维/6061Al复合材料的准静态和动态压缩力学性能研究。准静态压缩实验样品的直径为10 mm、高为10 mm的圆柱体，实验压缩速率为1 mm/min。动态压缩实验采用直径为10 mm、高为8 mm的圆柱体，实验的冲击气压设置为0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa和0.6 MPa。通过SHPB实验得到的时程波曲线，对其进行处理得到时间–应变率、应力–应变曲线。研究了在不同冲击气压的作用下，通过比对分析其性能参数、应变硬化、应变率敏感性和绝热软化等方面。

图2 为准静态压缩下的应力–应变曲线图，从图中可以看出，纯铝试样的屈服应力较低，6061铝合金试样的屈服应力是纯铝试样的3.3倍，0.5 wt.%CF/6061Al复合材料的屈服应力相较于6061Al基体提高了14%，1.0 wt.%CF/6061Al复合材料相较于6061Al基体和0.5 wt.%CF/6061Al复合材料分别提高了20.1%、7.1%。所有材料应力应变曲线均可分为弹性变形阶段和塑性变形阶段，在弹性变形阶段，应力随应变的增加而迅速增大，在塑性变形阶段，材料随着载荷的增加，逐渐失去抵抗变形的能力 [7] 。

图3 为纯铝样品的应力–时间曲线、应变–时间曲线、应变率–时间曲线以及应力应变曲线。根据 图3(a) ，材料的最大应力值出现在0.45~0.5 ms之间，随后开始降低，这是由于动态压缩实验中，应力波持续的时间非常短，材料中的应力在短时间内急剧增大，随后开始卸载。根据 图3(b) 可知，材料的应变在0.4~0.55 ms之间急剧增大，在0.55~0.6 ms之间达到材料的屈服极限。根据 图3(c) 可知材料的应变率随着冲击气压的增大而增大。取应力–应变曲线的最大应力，其中，在0.6 MPa的冲击气压下，试样的最大应力接近于0.5 MPa冲击气压下的实验所获得的最大应力，这是由于高冲击气压的作用下材料发生了较大的形变，因此材料内部发生了绝热软化效应，导致材料性能降低 [8] [9] 。

图4 为6061Al基体试样的时间–应力曲线、时间–应变曲线、时间–应变率曲线以及应力应变曲线。可见，材料的最大应力值出现在0.45~0.5 ms之间( 图4(a) )，材料在0.6 ms附近达到材料的屈服极限( 图4(b) )。样品的平均应变率在0.4~0.45 ms之间随时间的增大而增大，在0.45~0.57 ms之间，由于材料内能量处于相对均衡状态，其平均应变率开始为起伏阶段，在0.57 ms之后，材料中的能量开始卸载( 图4(c) )。由 图4(d) 可知，材料无明显的屈服阶段，在冲击气压为0.2 MPa时，材料的最大应力为217.6 MPa。冲击气压在0.3 MPa时，材料的最大应力为294.2 MPa，相比于0.2 MPa的最大应力增加了26%。冲击气压在0.4 MPa时，材料的最大应力为310.1 MPa，相比于0.2 MPa、0.3 MPa下的最大应力分别增加了29.8%、5.1%。冲击气压在0.5 MPa时，其最大应力为334.2 MPa，相比0.2 MPa、0.3 Mpa、0.4 MPa的最大应力分别增加了34.8%、11.9%、7.2%。冲击气压在0.6 MPa时，其最大应力为324.9 MPa，相比0.2 MPa、0.3 Mpa和0.4 MPa的最大应力分别增加了33%、9.4%和4.5%。试样的应力应变曲线表现为三个阶段，第一阶段为弹性阶段，该阶段试样内部流动应力急剧增加，第二阶段为屈服阶段，该阶段试样内部流动应力增加较慢，该应力应变曲线无明显的屈服阶段，这是由于6061铝合金具有良好的塑性性能，最后为冲击卸载阶段，该阶段表现为试样内部流动应力达到上屈服点，试样形变结束，其内部流动应力随之急剧下降。

图5 为0.5 wt.%CF/6061Al复合材料的应力–时间、应变–时间、应变率–时间和应力–应变曲线。由 图5(a) 可知，试样在不同冲击气压的作用下，都在0.45~0.50 ms之间达到其应力的最大值。根据 图5(b)、(c) 所示，在0.4~0.45 ms之间，试样的应变随时间变化较缓，应变率随时间变化急剧增加，在0.45~0.57 ms之间，试样的塑性应变随时间的增加急剧增大，其对应的应变率与时间呈非线性关系，其变化曲线先急剧攀升后迅速下降再趋于较为稳定状态，这是由于复合材料中的增强相使其内部受力不均匀导致的。从 图5(d) 中可以看出，流动应力随塑性应变的增大而增大，这是因为在承受动态载荷下，材料内部应力经过6061铝合金基体–镀镍碳纤维–6061铝合金基体传递，铝晶粒发生位错运动，碳纤维会阻碍其位错运动，导致铝基复合材料内部残余应力增大，承受能力增强，表现出应变硬化现象。冲击气压在0.6 MPa时，最大应力达到了397.9 MPa，相比冲击气压在0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa和0.5 MPa下的最大应力分别增加了37.9%、20.1%、12.7%和2.7%。这表明0.5 wt.%碳纤维/6061铝合金复合材料具有明显的应变率敏感性。

图6 为1% CF/6061Al复合材料的应力–时间、应变–时间、应变率–时间以及应力–应变曲线。可见，不同冲击气压下的最大流动应力均分布于0.45~0.5 ms之间，材料经动态压缩试验后得到的应力–应变曲线可以分为弹性变形阶段和塑性变形阶段。材料处于弹性变形阶段时，材料的流动应力随塑性应变呈正比变化，材料处于塑性变形阶段时，其流动应力随塑性应变的增加变缓，值得注意的是，0.5 MPa的应力在0.4 ms之后大于0.6 MPa，这是因为在0.6 MPa的冲击气压下，材料发生了绝热软化效应，且相对于0.5 MPa下更为明显，由于复合材料中碳纤维质量分数的增高，而碳纤维导热性能相比于铝合金较差，无法在短时间内将更多的热量传导出去，其塑性阶段的流动应力的增加相对较慢，因此复合材料在0.6 MPa的冲击实验下的最大应力小于0.5 MPa下的最大应力。