[發明專利]一種提升熱塑性復合材料與金屬連接強度的方法

在審

• 申請號: 201810069446.8
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108297443A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 盛立遠
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究院
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16
• 代理公司: 深圳市深科信知識產權代理事務所(普通合伙) 44422
• 代理人: 彭光榮

本發明屬于焊接技術領域，公開了一種提升熱塑性復合材料與金屬連接強度的方法，包括以下步驟：S1、利用短脈沖激光在金屬表面待連接區域制備微質構；S2、在微質構表面鋪設一層熱塑性樹脂材料；S3、利用激光對熱塑性復合材料與金屬進行熱傳導連接。本發明一方面通過在金屬表面待連接區域制備微質構，增大熱塑性復合材料與金屬的接觸面積，形成咬合結構；另一方面在熱塑性復合材料與金屬之間添加一層熱塑性樹脂材料，激光焊接時熱塑性樹脂材料處于熔融狀態，使熱塑性復合材料與金屬充分連接，最終提升熱塑性復合材料與金屬連接強度。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，具體涉及一種提升熱塑性復合材料與金屬連接強度的方法。

背景技術

熱塑性復合材料具有高的比強度和比模量，耐沖擊、耐疲勞、耐水性與耐疲勞優良，可重復加工，成型加工效率高，成型加工成本低等顯著優點。因而，熱塑性復合材料在航天航空、風力發電、交通運輸等領域有廣闊的應用前景。熱塑性復合材料的應用將不可避免地產生與鋼、鋁合金等傳統金屬材料的連接問題。熱塑性復合材料的焊接不采用膠黏劑，僅靠復合材料表面的樹脂熔融并熔接形成接頭，具有工藝周期短、效率高、接頭應力分布均勻、便于實現自動化等優點。

目前，熱塑性復合材料主要采用電阻植入焊、電磁感應焊和超聲波焊接等方法完成焊接。其中，電阻植入焊工藝簡單、設備靈活、無需表面處理，但是在焊接過程中，焊接頭會引入雜質，從而降低了焊接頭的疲勞性能和電氣性能的均勻性；電磁感應焊可以進行連續的焊接，但是，其存在植入材料成本高、填充材料影響焊接強度、難以焊接具有復雜焊接面的結構等問題；超聲焊具有焊接效率高、接頭強度高等優點，但是其存在導能筋制作困難和一次可焊接面積小的局限。

激光焊接具有工藝簡單、成本低廉、加熱速度快、穿透能力強、熱影響區小，接頭強度高、成分均勻等優點，并可完成一次性大面積焊接，但與其他方法相比，面臨著一個關鍵問題：連接強度低。導致纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光連接強度低的原因主要有兩個：一個是纖維增強熱塑性復合材料的樹酯含量低，導致用于熔融連接纖維增強熱塑性復合材料與金屬的樹脂量少，連接不充分；另一個則是金屬表面光滑，使纖維增強熱塑性復合材料與金屬接觸面積小，且無法形成咬合結構。

因此，需要一種提升熱塑性復合材料與金屬連接強度的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種提升纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光連接強度的界面處理方法。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種提升熱塑性復合材料與金屬連接強度的方法，包括以下步驟：

S1、利用短脈沖激光在金屬表面待連接區域制備微質構；

S2、在微質構表面鋪設一層熱塑性樹脂材料；

S3、利用激光對熱塑性復合材料與金屬進行熱傳導連接。

進一步地，所述短脈沖激光的波長為10.6μm、1064nm、532nm或266nm。

進一步地，所述短脈沖激光由毫秒激光器、納秒激光器、皮秒激光器或飛秒激光器發出。

進一步地，所述微質構的形貌是微坑、微凸、網格或倒錐。

進一步地，所述微質構是利用掃描振鏡或掃描轉鏡帶動激光束運動，在工件表面刻蝕制備而成。

進一步地，所述熱塑性樹脂材料為聚酰胺、聚乙烯、聚苯硫醚或聚甲基丙烯酸甲酯。

進一步地，所述熱塑性樹脂材料的厚度在1mm以內。

進一步地，所述金屬是不銹鋼、碳鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金或高溫合金。

進一步地，所述熱塑性復合材料為纖維增強的熱塑性樹脂基復合材料。