[發明專利]一種電腐蝕調控碳纖維增強復合材料表面結構與金屬釬焊的方法

有效

• 申請號: 202011372221.3
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112548252B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 亓鈞雷;霸金;紀旭;王斌;李培鑫;曹健;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K1/19
• 分類號: B23K1/19;B23K1/20
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種電腐蝕調控碳纖維增強復合材料表面結構與金屬釬焊的方法，它涉及一種碳纖維增強復合材料與金屬釬焊的方法。本發明解決現有碳纖維增強復合材料與金屬釬焊連接中，連接界面結構不佳與高殘余應力所導致的低強度，且在室溫下復合材料難以腐蝕的問題。制備方法：一、電腐蝕溶液的制備；二、電腐蝕表面處理；三、釬焊。本發明用于電腐蝕調控碳纖維增強復合材料表面結構與金屬釬焊的方法。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維增強復合材料與金屬釬焊的方法。

背景技術

碳纖維因具備高抗拉強度與較好的柔性，被廣泛應用于增強陶瓷基體與高分子基體，可充分提高復合材料強度及斷裂韌性。碳纖維增強陶瓷或碳纖維增強高分子在熱防護與輕量化結構中占據主流應用地位。為滿足實際生產需求，復合材料常需與金屬進行連接。對于異種材料的連接，釬焊連接技術依靠熔化釬料對母材進行連接，可實現對屬性差異較大的材料高效的連接。盡管如此，復合材料與金屬的釬焊仍面臨連接界面結構不佳及屬性差異引起的高殘余應力的問題。當釬焊同種金屬時，釬料與金屬發生冶金反應層及互擴散，無明顯界面反應層或界面由大量金屬基體組成，當受外載荷時母材金屬、界面和釬料層的變形量接近，采用平面連接不會造成應力集中。而對于復合材料與金屬的連接，釬料需與復合材料形成化合物反應層以保障連接強度，然而脆性反應層與釬料變形量相差巨大，承載外載荷必定引起應力集中，對于平面連接結構裂紋將沿反應層連續開裂。并且因屬性差異萌生的殘余應力將集中于反應層處，進一步削弱反應層強度，使得反應層成為接頭中的薄弱環節。對復合材料表面結構進行調控進而改善連接界面結構，是提高接頭強度的有效途徑。

為調控復合材料表面結構，機械加工與激光加工成為最初的選擇，可制備孔與溝槽等結構，釬料滲入其中形成釘扎效應，提高連接面積的同時，將反應層界面轉為曲折結構。在承受外載荷時復合材料與釬料共同承載，緩解了反應層所承受載荷。然而機械加工面臨的問題是加工密集程度有限，結構尺寸較大，反應層仍可發生連續開裂，對殘余應力的緩解效果也較為有限；并且機械加工的機械切削力會造成基體或界面處形成微裂紋，嚴重影響復合材料致密性以及自身強度。而激光加工也同樣面臨加工尺寸大的問題，并且高熱輸入對于不同熔點的基體與增強相進行的燒蝕程度不一致，常造成接頭前端或周圍形成閉孔熱裂紋，造成接頭強度的大幅削弱。開發細致結構尺寸，避免機械切削力以及熱輸入的無損表面結構設計方法是急需解決的關鍵問題。

在對陶瓷材料的腐蝕研究中發現，腐蝕處理可對陶瓷表面結構造成影響。現有在室溫調節下利用酸液或堿液對石英纖維增強石英基復合材料進行腐蝕，可溶蝕基體暴露出增強纖維，這是利用了不同材料的腐蝕速率差異而進行的結構調控，可完成纖維層面的結構調控，這種腐蝕的本質在于利用各相腐蝕速率差異對表面結構進行調控。室溫腐蝕無需熱輸入或機械加工，避免了纖維與基體脫附或形成裂紋等問題造成的復合材料自身強度下降。然而對于大多數復合材料，尤其是耐腐蝕陶瓷基或樹脂基復合材料，常規酸堿腐蝕難以達到相應的效果。面對應用范圍廣泛的碳纖維增強復合材料，急需一種室溫條件下能有效調控碳纖維增強復合材料的腐蝕方法。

發明內容

本發明要解決現有碳纖維增強復合材料與金屬釬焊連接中，連接界面結構不佳與高殘余應力所導致的低強度，且在室溫下復合材料難以腐蝕的問題，而提供一種電腐蝕調控碳纖維增強復合材料表面結構與金屬釬焊的方法。

一種電腐蝕調控碳纖維增強復合材料表面結構與金屬釬焊的方法，它是按以下步驟進行的：

一、電腐蝕溶液的制備：

將氧化劑、硬脂酸鹽、三聚氰胺及乙二醇溶解于水中，然后在磁力攪拌條件下攪拌均勻，得到電腐蝕溶液；

所述的氧化劑與硬脂酸鹽的質量比為1:(0.05～0.2)；所述的氧化劑與三聚氰胺的質量比為1:(0.01～0.1)；所述的氧化劑與乙二醇的質量比為1:(0.1～0.8)；所述的氧化劑與水的質量比為1:(2～15)；

二、電腐蝕表面處理：