[發(fā)明專利]一種增強(qiáng)輕質(zhì)合金和復(fù)合材料膠接界面粘結(jié)強(qiáng)度的方法

有效

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• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN110341199B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊需海;任榮;陳平;趙普;王靜
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C65/48
• 分類號(hào): B29C65/48
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種增強(qiáng)輕質(zhì)合金和復(fù)合材料膠接界面粘結(jié)強(qiáng)度的方法，屬于航空材料連接技術(shù)領(lǐng)域。該方法采用火焰法合成工藝在輕質(zhì)合金膠接區(qū)域表面原位生長碳納米管層(CNT層)，在輕質(zhì)合金和復(fù)合材料之間涂抹膠接劑進(jìn)行膠接；其利用了CNT層同步增強(qiáng)膠接劑與輕質(zhì)合金間界面強(qiáng)度以及膠層的本體強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)合金和復(fù)合材料異質(zhì)膠接接頭力學(xué)性能的改善。本方法簡單快捷，成本極低，在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)容p質(zhì)合金和復(fù)合材料異質(zhì)膠接領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空材料連接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種增強(qiáng)輕質(zhì)合金和復(fù)合材料膠接界面粘結(jié)強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)

輕質(zhì)合金和復(fù)合材料是航空領(lǐng)域最重要的兩種結(jié)構(gòu)材料；輕質(zhì)合金和復(fù)合材料之間的連接技術(shù)是影響飛行器制造裝配的關(guān)鍵技術(shù)之一。機(jī)械緊固連接是目前最主要的輕質(zhì)合金和復(fù)合材料連接方式；然而栓接和鉚接過程均需要對(duì)輕質(zhì)合金和復(fù)合材料鉆孔，該過程破壞了材料的完整性，降低連接母材本體力學(xué)強(qiáng)度；連接區(qū)域也存在極大的應(yīng)力集中，影響連接頭長期承載的穩(wěn)定性。另外，大量螺栓和鉚釘?shù)氖褂脤?dǎo)致結(jié)構(gòu)件整體重量明顯增加。膠接技術(shù)能夠克服機(jī)械緊固連接存在的問題，然而，與機(jī)械緊固連接和焊接相比，膠接接頭的耐久性和疲勞強(qiáng)度較低。膠層本體破裂以及膠接劑與輕質(zhì)合金表面脫粘是輕質(zhì)合金和復(fù)合材料異質(zhì)膠接頭最常見的失效模式。

基于此，通常采用磨損、噴砂等機(jī)械打磨、酸/堿/電化學(xué)刻蝕以及等離子或激光刻蝕等處理方法改變輕質(zhì)合金表面的形貌和化學(xué)特性，提高膠接劑與輕質(zhì)合金表面不規(guī)則凹坑間的機(jī)械互鎖作用、物理吸附作用以及化學(xué)鍵接作用，從而強(qiáng)化粘結(jié)膠層與輕質(zhì)合金界面強(qiáng)度。然而，這些處理方法對(duì)輕質(zhì)合金本身性能有一定的損害；另外，處理過程需要特殊處理設(shè)備或造成環(huán)境污染。在膠接劑中添加碳納米管(CNT)、石墨烯等納米剛性粒子能夠改善膠層的力學(xué)強(qiáng)度；然而，由于納米粒子的團(tuán)聚效益，導(dǎo)致其在膠接劑中難以均勻分散，影響膠接劑的施工工藝性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)輕質(zhì)合金和復(fù)合材料膠接界面粘結(jié)強(qiáng)度的方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題的主要途徑是通過火焰法合成工藝(催化劑與火焰發(fā)生作用)，在輕質(zhì)合金膠接區(qū)域表面原位生長碳納米管層(CNT層)，進(jìn)而利用CNT層同步增強(qiáng)膠接劑與輕質(zhì)合金間界面強(qiáng)度以及膠層的本體強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)合金和復(fù)合材料異質(zhì)膠接接頭力學(xué)性能的改善。本發(fā)明方法簡單快捷，成本極低，在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)容p質(zhì)合金和復(fù)合材料異質(zhì)膠接領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的一種增強(qiáng)輕質(zhì)合金和復(fù)合材料膠接界面粘結(jié)強(qiáng)度的方法，包括以下步驟：

步驟1：輕質(zhì)合金表面預(yù)處理

將輕質(zhì)合金待膠接區(qū)域表面的氧化膜去除，得到預(yù)處理的輕質(zhì)合金；

步驟2：火焰法制備CNT層

將催化劑溶液均勻噴涂在預(yù)處理的輕質(zhì)合金待膠接區(qū)域表面，烘干，得到負(fù)載催化劑的輕質(zhì)合金；

將負(fù)載催化劑的輕質(zhì)合金置于燃燒火焰中，在800～1100℃保持3～20min，輕質(zhì)合金待膠接區(qū)域生長出互相糾纏的CNT層，得到負(fù)載CNT層的輕質(zhì)合金；其中，燃耗火焰的燃料為C1～C7的碳?xì)浠衔铮?/p>

步驟3：膠接

將膠接劑均勻涂抹在負(fù)載CNT層的輕質(zhì)合金的待膠接區(qū)域表面，與復(fù)合材料貼合，施加壓力，采用膠接劑的固化工藝固化，得到輕質(zhì)合金和復(fù)合材料的膠接結(jié)構(gòu)。

其中，

所述的輕質(zhì)合金為鋁合金、鈦合金、鋁鋰合金、鋁鎂合金中的一種。

所述的復(fù)合材料為增強(qiáng)纖維和樹脂復(fù)合制備的復(fù)合材料。

所述的增強(qiáng)纖維為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維或PBO纖維中的一種；所述的樹脂為環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂、氰酸酯樹脂或酚醛樹脂中的一種。