[發(fā)明專利]一種提高復(fù)合材料鎳鍍層結(jié)合強(qiáng)度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610158784.X
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105734535B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫士勇;邢靈冰;楊睿;韓劍;牛斌;郭華鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C23C18/32
• 分類號: C23C18/32;C23C18/20;B29C70/14;B29C70/28;B29C70/36
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;李寶元

本發(fā)明涉及復(fù)合材料表面金屬化領(lǐng)域，提供了一種提高復(fù)合材料與鎳鍍層結(jié)合強(qiáng)度的工藝方法。該方法首先在復(fù)合材料表面添加含有鍍鎳短纖維的過渡層，鍍鎳短纖維隨機(jī)分布或可根據(jù)性能要求在磁場作用下按照一定的方向性分布于過渡層中，復(fù)合材料與過渡層共固化成型，然后在過渡層表面化學(xué)鍍鎳，得到表面鍍鎳的復(fù)合材料產(chǎn)品。與傳統(tǒng)方法通過采用不同粗化方式來提高鍍層與復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度相比，本發(fā)明的優(yōu)點是過渡層中鍍鎳短纖維貫穿過渡層并嵌入到鎳鍍層中，起到橋聯(lián)復(fù)合材料與鎳鍍層的作用，能極大提高鍍層的結(jié)合強(qiáng)度，且可以通過磁場來調(diào)控過渡層中鍍鎳短纖維的方向，使鍍層的力學(xué)性能具有一定的可設(shè)計性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非金屬材料表面金屬化領(lǐng)域，尤其涉及一種使用鍍鎳短纖維來提高復(fù)合材料與鎳鍍層結(jié)合強(qiáng)度的工藝方法。

背景技術(shù)

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于交通運(yùn)輸、航空航天和能源動力等領(lǐng)域。然而，應(yīng)用環(huán)境對復(fù)合材料的性能有重要的影響，如磨損、氧化、腐蝕等環(huán)境因素將導(dǎo)致復(fù)合材料的過早失效。例如在潮濕的環(huán)境下，水蒸氣可以通過表面微裂紋或者纖維/基體間界面滲透到復(fù)合材料中，使樹脂塑化和降解，從而改變樹脂的物理、化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。在熱的空氣中，樹脂表面容易老化，在沒有任何載荷的情況下，也會產(chǎn)生微裂紋。此外，由于復(fù)合材料不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱、耐磨性差、耐氧化性差等特點也限制了其應(yīng)用范圍。復(fù)合材料表面金屬化既可以提高復(fù)合材料在極端服役條件下的使役性能，又可以保留其輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點。

目前復(fù)合材料表面金屬化面臨著的一個重要問題是復(fù)合材料與金屬鍍層的結(jié)合強(qiáng)度不足。當(dāng)前的研究主要集中在提出不同的工藝或方法在復(fù)合材料表面進(jìn)行表面金屬化，然而，針對某種表面金屬化工藝研究如何提高復(fù)合材料與鍍層之間結(jié)合強(qiáng)度的工作還較少。在專利公布號CN 104005027 A名稱為“一種含硅環(huán)氧樹脂的表面金屬化方法”中，針對單一的化學(xué)粗化方法無法對含硅環(huán)氧樹脂形成有效的粗化效果導(dǎo)致鍍層的附著力不足的問題，采用物理粗化與化學(xué)粗化相結(jié)合的方法提高鍍層結(jié)合力。其提高復(fù)合材料與鍍層結(jié)合強(qiáng)度方法的原理是在預(yù)處理過程中對含硅環(huán)氧樹脂表面進(jìn)行物理與化學(xué)粗化，從而改變含硅環(huán)氧樹脂的表面形貌或在其微觀表面增加親水性的氧化基團(tuán)，以增加鍍層與基體的機(jī)械結(jié)合作用和化學(xué)吸附作用。但是，這種方法對于鍍層與復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的增加仍不能夠滿足一些對于鍍層的結(jié)合力要求較高的場合。例如，使用復(fù)合材料制作的空間反射鏡，為了使反射鏡面能達(dá)到鏡面的效果，需要對經(jīng)過表面金屬化后的復(fù)合材料進(jìn)行機(jī)械拋光，金屬鍍層需要承受巨大的加工應(yīng)力，而目前僅通過粗化工藝來增強(qiáng)鍍層與復(fù)合材料結(jié)合力的工藝難以滿足這樣的工程需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對目前復(fù)合材料表面金屬化工藝中鍍層與復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度不能滿足特定環(huán)境下工程要求的問題，提出化學(xué)鍍工藝過程中在復(fù)合材料與金屬鍍層的界面間引入添加有鍍鎳短纖維過渡層的方法，在微觀尺度上，鍍鎳短纖維可以貫穿整個界面厚度，起到橋聯(lián)金屬鍍層和復(fù)合材料的作用，從而提高金屬鍍層與復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種提高復(fù)合材料鎳鍍層結(jié)合強(qiáng)度的方法，步驟如下：

1)將鍍鎳短纖維置于除油液中超聲清洗，再用去離子水沖洗，晾干；再將上述鍍鎳短纖維置于濃度5％-25％鹽酸溶液中酸活化去除其表面的氧化物薄膜，再用去離子水沖洗，晾干；把經(jīng)過處理的鍍鎳短纖維分散于樹脂中，得到分散均勻的樹脂膠體，其中鍍鎳短纖維的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％-50％；將樹脂膠體涂覆于模具表面，通過復(fù)合材料成型工藝在模具中制備纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，復(fù)合材料表面的膠體即為過渡層，復(fù)合材料與過渡層共固化成型，得到表面具有鍍鎳短纖維過渡層的復(fù)合材料；

2)對步驟1)得到表面具有含鍍鎳短纖維過渡層的復(fù)合材料的過渡層表面進(jìn)行機(jī)械打磨，使鍍鎳短纖維顯露出，再將其置于除油液中超聲清洗，去離子水沖洗，晾干；機(jī)械打磨后鍍鎳短纖維顯露出來是為了在后續(xù)的化學(xué)鍍工藝中，鍍層可以沿著鍍鎳短纖維的一端生長，隨著時間增加，鍍層逐漸覆蓋整個過渡層表面。