[發明專利]一種碳纖維增強樹脂基復合材料與金屬的連接方法

有效

• 申請號: 201310302916.8
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103386593A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 高智勇;蔡偉;章茂云;孟祥龍;吳冶
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B23P11/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種復合材料與金屬的連接方法。

背景技術

碳纖維是一種含碳量高于90%的無機高分子纖維，碳纖維的軸向強度和模量高、無蠕變、耐疲勞性能好、比熱和導電性介于金屬和非金屬之間，熱膨脹系數小，耐腐蝕性能好，同時具有纖維的柔韌性和可編性。盡管碳纖維可單獨使用發揮其諸多優點，不過由于它屬于脆性材料，只有將其與基體材料牢固地結合在一起，才能利用其優異的力學性能，使之更好地承載負荷。碳纖維增強樹脂基復合材料是目前最先進的復合材料，它以輕質、耐高溫、抗腐蝕和熱力學性能優良等特點廣泛被用作結構材料及耐高溫抗燒蝕材料，這些材料在航空航天工業中獲得了廣泛的應用。但是，碳纖維增強復合材料在應用中常與傳統金屬材料骨架連接在一起，傳統連接方法采用鋁合金或鈦合金鉚釘連接，屬于間隙連接，由于間隙存在產生連接釘載分配不均和釘孔應力集中等明顯缺陷。而且，由于鉚接過程中存在沖擊，會導致鉚接部位會出現不同程度的分層損傷，分層率超過30%，可靠性差；釘桿變形不均勻，干涉量不均勻、不可控。上述這些問題均導致連接結構疲勞壽命低，疲勞壽命增益效果差。

發明內容

本發明是要解決傳統碳纖維增強樹脂基復合材料與金屬的連接方法存在沖擊，干涉量不均勻，從而導致連接結構疲勞壽命低，疲勞壽命增益效果差的技術問題，從而提供一種碳纖維增強樹脂基復合材料與金屬的連接方法。

本發明的一種碳纖維增強樹脂基復合材料與金屬的連接方法是按以下步驟進行：

一、將純度為99%～99.92%的Ti片、99%～99.95%的Ni片和99%～99.99%的Nb片放入到水冷銅坩堝自耗真空電弧爐中，然后將水冷銅坩堝自耗真空電弧爐抽真空，使得水冷銅坩堝自耗真空電弧爐的真空度為1.0×10^-4Torr～2.0×10^-4Torr，將水冷銅坩堝自耗真空電弧爐的溫度升至2200℃～2600℃，并在2200℃～2600℃的條件下熔煉10min～15min，自然冷卻至室溫得到合金，用砂輪機去除合金的表面氧化皮得到干凈的合金，然后將干凈的合金在懸浮爐中真空度為1.0×10^-4Torr～2.0×10^-4Torr和溫度為2200℃～2600℃的條件下熔煉10min～15min，隨爐冷卻至室溫，再在懸浮爐中真空度為1.0×10^-4Torr～2.0×10^-4Torr和溫度為2200℃～2600℃的條件下熔煉10min～15min，澆入石墨模中，自然冷卻至室溫得到鑄錠，將鑄錠在850℃～900℃的條件下退火10h～14h，隨爐自然冷卻至室溫，得到退火處理后的鑄錠，用砂輪機去除退火處理后的鑄錠的表面氧化皮和冒口得到干凈的鑄錠；其中，步驟一中所述的純度為99%～99.92%的Ti片和99%～99.99%的Nb片的摩爾比為（40～45）:9，99%～99.95%的Ni片和99%～99.99%的Nb片的摩爾比為（46～51）:9；

二、將步驟一得到的干凈的鑄錠在溫度為750℃～900℃的條件下鍛造成棒料，然后在普通多機座連續軋機上在起軋溫度為800℃～840℃的條件下將棒料進行熱軋成T型TiNiNb合金連接緊固件，且T型TiNiNb合金連接緊固件的連接端為直徑為φ1的圓柱形，碳纖維增強樹脂基復合材料的連接孔孔徑為φ2，金屬骨架的連接孔孔徑為φ3，其中所述φ2=φ3，(φ1-φ2)/φ2=19%～25%，將鹽酸水溶液、硝酸水溶液和去離子水均勻混合得到混合酸水溶液，將T型TiNiNb合金連接緊固件浸泡在混合酸水溶液中5min～7min得到酸化的T型TiNiNb合金連接緊固件，用去離子水清洗酸化的T型TiNiNb合金連接緊固件得到干凈的T型TiNiNb合金連接緊固件，利用低溫拉伸機將干凈的T型TiNiNb合金連接緊固件的連接端在-60℃～-80℃下拉伸變形，至干凈的T型TiNiNb合金連接緊固件的連接端直徑為φ2為止，即得到T型連接固定件；步驟二中所述的混合酸水溶液中鹽酸、硝酸和水的摩爾比為1：2：10；

三、利用步驟二得到的T型連接固定件通過碳纖維增強樹脂基復合材料的連接孔和金屬骨架的連接孔將碳纖維增強樹脂基復合材料和金屬骨架連接在一起，然后從室溫加熱至70℃～80℃，并在70℃～80℃保溫10s～20s，即完成碳纖維增強樹脂基復合材料與金屬的連接。

本發明的碳纖維增強樹脂基復合材料與金屬的連接方法具有如下優點：