[發明專利]一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法

在審

• 申請號: 202010966747.8
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112123789A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 檀財旺;蘇健暉;吳來軍;陳波;宋曉國;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16;B29C37/00;B08B3/12;C25D11/26;C25D11/34;C25D11/30;C25D11/16;C23G1/08;C23G1/10;C23G1/12;C23G5/032;B29L7/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 陳潤明

1.一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、在去除表面油污及氧化膜的金屬基板表面利用納秒激光加工系統制備微織構；

步驟二、將步驟一所得制備微織構后的金屬基板置于微弧氧化設備內，在金屬表面微織構表面原位生成微米級多孔金屬氧化物薄膜；

步驟三、將去除表面油污的CFRTP板材與步驟二所得金屬基板待連接部位疊放固定，在一定壓力下實施激光連接工藝，完成金屬基板與CFRTP板材的激光連接獲得強化接頭。

2.根據權利要求1所述一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，步驟一所述去除金屬基板表面油污及步驟三所述去除CFRTP板材表面油污的清理方法為對金屬基板及CFRTP板材采用丙酮與酒精任意比例混合溶液超聲清洗30～60s；步驟一所述去除金屬基板表面氧化膜的方法為將去除表面油污的金屬基板置于按體積百分含量由80％蒸餾水、15％硝酸和5％氫氟酸組成的混合酸溶液中，浸泡10～60s。

3.根據權利要求1或2所述一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，步驟一所述納秒激光加工工藝為速度200～500mm/s、頻率10～50kHz和功率50～100W，加工10～15次。

4.根據權利要求3所述一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，步驟一所述微織構為網格狀、溝槽狀或凹坑狀微米結構；所述微米結構寬度或直徑為100～800μm，所述微米結構深度為10～200μm。

5.根據權利要求4所述一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，步驟二所述微弧氧化工藝采用直流電源及電解質溶液構成的微弧氧化加工系統對已制備表面微織構的金屬基板進行微弧氧化處理，所述直流電源的電壓為350～400V，所述電解質溶液為0.5～2mol/L的磷酸溶液，微弧氧化處理的時間為室溫條件下氧化5～30min。

6.根據權利要求5所述一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，步驟二所述金屬表面微織構表面原位生成的微米級多孔金屬氧化物薄膜的孔徑為0.1～10μm。

7.根據權利要求6所述一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，步驟三所述壓力為0.1～0.8MPa。

8.根據權利要求7所述一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，步驟三所述激光連接工藝為激光照射于金屬基板表面光斑尺寸為60～300μm，激光功率為600～1500W，激光掃描速度為0.5～1.3m/min，激光偏轉角度為0～30°，保護氣體流速5～15L/min。

9.根據權利要求8所述一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，所述金屬基板為鈦合金、不銹鋼、鋁合金或鎂合金中的任意一種。

10.根據權利要求9所述一種金屬/碳纖維增強熱塑復合材料激光連接方法，其特征在于，所述CFRTP板材為碳纖維增強聚醚醚酮、碳纖維增強尼龍、碳纖維增強聚對苯二甲酸乙二酯或碳纖維增強聚苯硫醚中的任意一種。