钛合金表面阳极化处理对钛合金／复合材料胶接性能的研究

通过碱性阳极化方法NaTESi处理钛合金,碳纤维复合材料胶接试件中钛合金的表面。主要研究了阳极化前碱洗酸洗、阳极化过程中的电压、温度、时间以及该方法与喷砂法结合对处理后的钛合金胶接试件胶接性能的影响。结果表明：钛合金阳极化前的碱洗酸洗能提高钛合金／碳纤维复合材料胶接试件的粘接强度,阳极化过程中,电压在8-12V,温度在15。25％,时间在15．25min之间时处理出的钛合金所制成的胶接试件有较好的湿热耐久性能;喷砂法与NaTESi阳极化法配合处理钛合金表面,可使钛合金,碳纤维复合材料胶接试件湿热耐久性能得到进一步的提高。     

直升机桨叶包片胶接前激光毛化处理的有效性研究

为提升直升机桨叶包片胶接质量,开展激光毛化技术在不同材料包片胶接前表面处理工艺中的有效性研究.分别对经酸洗、喷砂、激光毛化工艺处理后的钛合金、不锈钢、纯镍金属材料试件,进行外观、粗糙度、微观形貌检测,并在胶接后进行浮辊剥离试验、剪切强度试验,结果表明:激光毛化处理可在金属表面获得规则的微观形貌,且试件无变形现象,与喷砂表面同等级粗糙度下,浮辊剥离值及剪切强度明显高于喷砂或酸洗处理的表面,可有效提升胶接结合强度.     

复合材料风扇叶片钛合金加强边胶接技术研究

本文以航空发动机复合材料风扇叶片钛合金加强边胶接为研究背景,开展钛合金/复合材料胶接技术研究,着重研究了基于AF191胶膜的钛合金/复合材料胶接工艺参数、不同结构复合材料与钛合金以及不同表面处理方式钛合金与复合材料胶接强度。结果显示:采用热压罐固化,并且在加压0.1 MPa后卸掉真空更有助于胶接;不同结构复合材料对胶接强度影响较大,刚度更高的复合材料表现为更好的胶接强度;采用酸洗和阳极化处理钛合金表面均能大幅提高胶接强度,并且配合表面预处理剂使用更佳。     

胶接结构的耐久性研究

通过楔子试验对胶接结构的耐久性进行研究,探讨了偶联剂使用与否、固化条件、铝板表面处理方式等因素对试件胶接性能的影响,以获得复合材料胶接修理铝合金结构较理想的表面处理工艺。研究结果表明:采用涂偶联剂、加热加压固化、铝板表面喷砂等工艺可在一定程度上提高胶接结构的强度和耐久性。因此在实际的胶接修理中,建议将金属表面作喷砂处理,涂胶前使用偶联剂,并采用加热加压的固化方式。     

不同表面处理对铝合金-CFRP粘结性能的影响

胶接是铝合金和碳纤维增强复合材料(CFRP)的最有效连接方式之一。胶接接头的性能很大程度取决于基体表面,选择合适的表面处理方式能够提升胶接强度。针对目前铝合金—CFRP胶接强度弱的问题,研究了砂纸打磨和阳极氧化两种常用的胶接铝合金表面处理工艺,在此基础上提出了一种新型的喷砂和阳极氧化混合表面处理方式,有效且稳定地提升了铝合金-CFRP胶接接头性能,并通过表征分析进一步揭示了胶接性能提高的机理,发现新型的处理方式结合了机械处理和化学处理的优势,不仅仅能提升表面粗糙度,并且能提升表面氧化层厚度、降低表面污染层厚度,提升表面极性,提升表面能,最终提升接头的性能。     

无人机机翼用复合材料的胶接与性能研究

为了提升无人机机翼用碳纤维/铝复合材料的胶接强度,采用4因素5水平的正交试验法对超声振动胶接工艺参数进行了优化,并与传统未施加超声振动的胶接接头进行了对比。结果表明,超声振动胶接工艺中对胶接强度影响最大的是振动时间,其次为振动幅值,振动位置的影响最小;正交试验结果表明,碳纤维/铝胶接接头的最佳工艺参数为A3B5C3D5,即振动时间23 s、振动压力0.40 MPa、振动位置30 mm和振动幅值56μm,此时碳纤维/铝胶接接头胶接强度最大。相较于未施加超声振动的胶接接头,正交优化工艺下胶接接头的最大拉伸荷载平均值提高42.13%,胶接强度平均值提高41.59%。     

复合材料胶接单搭接连接强度与失效模式研究

以Tserpes失效准则及其材料性能退化准则为基础,利用ANSYS建立几何模型进行有限元分析,针对模型进行相应的试验验证,以探究各参数对复合材料胶接单搭接连接强度的影响,并得到不同参数下的胶接失效模式。结果表明:复合材料与复合材料单搭接的强度高于钛合金与复合材料单搭接的强度;随着胶接长度、胶接宽度的增大,胶接接头的连接强度呈现先增大后减小的趋势;同时发现,在静拉伸过程中,钛合金与复合材料单搭接的失效模式主要为胶层的粘附破坏,复合材料与复合材料单搭接的失效模式主要为混合破坏,表现为复合材料紧邻胶层的第一层和第二层发生铺层基体开裂与分层破坏,同时胶层发生部分粘附破坏。     

TC4钛合金电解质等离子抛光工艺研究

为确认电解质等离子抛光的加工时间、加工温度、加工电压、抛光液(2.25%NH₄Cl+2%NH₄F)质量分数等因素对TC4钛合金抛光效果的影响，对TC4钛合金抛光前后表面粗糙度、微观形貌、表层元素含量、显微硬度等进行检测。结果表明，加工时间和加工温度对TC4钛合金抛光效果的影响最大。抛光工艺参数的正交试验优化结果为：加工时间400 s，温度90℃，电压300 V，抛光液质量分数2.04%。抛光后TC4钛合金的表面粗糙度可低至0.024 4μm。     

CO2连续激光烧蚀CFRP树脂层工艺优化

碳纤维树脂基复合材料(CFRP)的激光表面处理是一项重要工艺，主要用于CFRP的胶接或修复。CFRP表面粗糙度和树脂清除程度是衡量加工效果的主要标准。为探索内在机理和优化连续激光表面处理的参数，开展CO₂连续激光烧蚀CFRP树脂层试验。通过点射试验确定最小离焦量激光半径为1 477.47μm，进行矩形表面处理试验发现，激光功率在30～60 W范围内的粗糙度先减小后增大并在60 W得到最大值，扫描速度为70 mm/s时得到最佳效果。同时对加工后CFRP表面起伏值计算发现，CFRP表面起伏值随功率和扫描速度变化的规律基本和粗糙度结果一致，功率和扫描速度两组参数是相互关联的。构造连续激光烧蚀树脂层的能量密度单元体，然后把参数转化为能量密度发现，能量密度为0.285～0.571 J/mm²范围内进行处理得到质量效果较好的表面，而且在0.571 J/mm²时粗糙度得到最大值7.816μm，清洗后仍保持可以用于胶接的较高粗糙度。此外，通过不规则图形扫描试验发现，能量密度为0.794 J/mm²得到最佳表面效果。...     

SY-D15表面处理剂的性能研究

SY-D15表面处理剂具有良好的综合性能,对于不同的复合材料胶接体系都能够显著提高粘接强度,SY-14A胶粘剂-5405/HT3复合材料胶接体系和SY-24C胶粘剂-3218/SW-280A复合材料胶接体系的粘接强度能够提高30%以上,胶接接头具有优异的耐介质、耐热和耐湿热老化等耐久性能。     

304不锈钢箔的表面处理和粘接工艺研究

研究不同表面处理和胶粘剂实现5μm胶层对0.05 mm厚304不锈钢箔的粘接。试验表明:不锈钢表面粗糙度、偶联处理、胶粘剂和工艺对粘接效果有影响。最佳工艺:不锈钢箔先用丙酮清洗,于刻蚀剂中室温震荡5 min,水和乙醇清洗,再浸泡于浓度为0.5%KH-550乙醇水溶液30 s,乙醇清洗,晾干上胶,保温压粘,不锈钢箔剥离强度可达到9.4 N/cm,并耐丙酮等溶剂浸蚀。     

复合材料层合板面内剪切实验方法的评价

复合材料层合板的面内剪切特性是进行复合材料结构设计必不可少的参数。本文对常见的4种面内剪切实验方法进行了简单介绍。采用5种E玻璃纤维织物/乙烯基酯树脂层合板,其铺层结构分别为[0]3s,[0/90]3s,[CSM/0/90]2s,[±45]3s和[(0/90)2/(±45)2/(0/90)2]s。对2种复合材料层合板面内剪切实验方法进行了实验研究,分别为±45°拉伸实验(ASTM D3518)和V形开口轨道剪切实验(ASTM D7078)。实验结果表明,±45°拉伸实验在测试层合板面内剪切模量方面具有较高的精度,而在测试面内剪切强度方面往往偏低,具有非常差的精度。     

碳纤维复材结构网球器械接头的胶接强度性能表征

针对网球器械用碳纤维复合材料胶接连接,以超声机械振动方法胶接处理了网球器械用碳纤维复合材料,并测试分析了碳纤维复合材料胶接强度。结果表明,超声机械振动胶接工艺参数直接影响着网球器械用碳纤维复合材料的胶接强度,其振动时间为21s、振动压力为0.35 MPa、振动位置为27 mm、振幅为57μm时,网球器械用碳纤维复合材料胶接强度最高;相较于未超声机械振动对照组,基于正交实验优化的超声机械振动组的碳纤维复合材料胶接强度更高,且试样破坏后胶层截面位置缝隙非常小,胶接强度分散性较小,胶接性能更加稳定。     

CFRP表面的激光处理及其结构与性能研究

采用光纤激光器对碳纤维复合材料(CFRP)表面进行处理,通过研究激光的光斑直径(D_g)和Z轴距离(L_Z)的关系,研究了L_Z对CFRP表面形貌、结构,以及对CFRP与铝合金单搭接接头胶接拉伸剪切强度(τ)的影响。结果表明:L_Z为5～25 mm时,随着L_Z的增加,D_g增大;L_Z为20 mm时,激光处理后的CFRP表面的环氧树脂基本去除,碳纤维几乎没有被破坏,排列仍然规整,环氧树脂去除的效果较好,且其表面烧蚀率最大为7.6 g/s,CFRP与铝合金单搭接接头的τ最大为15.46 MPa。     

脉冲参数对TC4钛合金电化学抛光的影响

采用脉冲电源对TC4钛合金进行电化学抛光，研究了电压、脉冲频率和占空比对抛光效果的影响。结果表明，TC4钛合金的表面粗糙度和材料去除率随着脉冲频率增大而呈先减小后增大的变化趋势；随着电压或占空比增大，TC4钛合金的表面粗糙度先减小后增大，材料去除率增大。在温度20℃、极间距4 cm、电压25 V、脉冲频率1 000 Hz及占空比40%的条件下电化学抛光6 min后，TC4钛合金的材料去除率为23.85μm/min，表面粗糙度(Ra)从初始的6.21μm降到0.84μm，表面平整均匀。     

树脂基复合材料与金属材料胶接体系研究进展

树脂基复合材料由于具有优异的性能而一直广受关注,其在应用过程中不可避免地存在与金属等异种材料的连接问题。本文以树脂基复合材料在实际生产应用中的发展历程为出发点,从化学键连接理论、机械互锁连接理论、表面润湿和吸附理论、双电层连接理论等方面简要阐述了复合材料和金属材料胶接体系设计的相关理论,并从物理和化学两方面介绍了几种常用的表面预处理方法,其中包括喷砂、磨蚀、溶剂清洗等物理预处理方法与化学蚀刻、阳极氧化、等离子体处理、硅烷偶联剂处理及激光处理等化学预处理方法,最后列举了有关胶粘剂改性的一些思路。     

民用客机大型复合材料蜂窝夹芯尾缘胶接技术研究

本论文以民用大型复合材料尾缘为研究对象,创新研制双曲面蜂窝数控切削及检测一体化工装,确保加工与检测基准的一致性,提高了蜂窝检测的可靠性;研制的蜂窝芯实现表面平整度在±1.25mm内;蜂窝芯分段处阶差≤0.15mm;蜂窝零件装配型面精度±0.15mm。开展次级零件及胶接组件复合材料工装热分布分析,合理选取固化参数;首次采用楔形活块工装设计,对窄腔薄壁复合材料蒙皮变形进行补偿,实现窄腔薄壁蒙皮高质量成型。成型蒙皮的外形尺寸轮廓度为0.2,薄壁窄腔蒙皮窄腔处U型位置厚度公差≤±2%;成型后薄壁窄腔蒙皮孔隙率≤1%;民用客机大型复合材料尾缘的成功研制,对于推进复合材料胶接技术水平,推动复杂大型复合材料整体构件的应用意义重大。     

硼化钛基陶瓷/钛合金梯度纳米结构复合材料组织演化、损伤失效与抗弹性能研究

基于陶瓷/钛合金之间的熔化连接和原子互扩散,采用离心反应熔铸工艺成功制备出具有连续梯度特征的TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金层状复合材料。该复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区及金属基底三层结构,且陶瓷/钛合金层间原位形成以陶瓷相(TiB_2,TiC_(1-x))、Ti基合金相的尺寸和体积分数为特征的梯度纳米结构(微米?微纳米?纳米)复合界面。测试表明该复合材料层间剪切强度、弯曲强度、断裂韧性分别达到335MPa±35MPa、862MPa±45MPa和45MPa×m~(1/2)±15MPa×m~(1/2)。陶瓷/钛合金层间剪切断裂诱发TiB_2、TiB棒晶的自增韧机制及有限的Ti基合金延性相增韧机制,使层间剪切测试与三点弯曲测试得出的载荷/位移曲线均呈现出近乎线性上升趋势。对TiB_2基陶瓷、陶瓷/钛合金层状复合材料进行14.5军用制式穿甲弹DOP靶试,得出两种材料的平均防护系数分别为3.05和7.30。陶瓷/钛合金层间原位生成的梯度纳米结构复合界面不仅改善了陶瓷/钛合金之间声阻抗匹配,而且也使陶瓷/钛合金层间保持高的结合强度。陶瓷/钛合金层状复合材料遭受弹体冲击时,将诱发界面载荷传递与剪切耦合的双重效应,最终在表观上使陶瓷/钛合金层状复合材料的防弹性能得以显著提升。     

镀前酸洗及镀后热处理对TC4钛合金无氰电镀金的影响

对TC4钛合金进行无氰电镀金,主要工艺流程有超声波化学除油、喷砂、酸洗、化学镀镍、活化、闪镀金、电镀金和热处理。研究了镀前酸洗和镀后热处理对电镀金层性能的影响。采用100~200 mL/L盐酸+50~100 g/L氟化物酸洗TC4钛合金2 min后按正常工序电镀金,并进行300°C热处理45 min,最终获得了厚度为0.8μm,结合力和焊料浸润性良好,可耐铜盐加速醋酸盐雾试验96 h的镀金层。     

偶联剂与等离子体协同表面处理对聚乙烯木塑复合材胶接性能的影响

采用硅烷偶联剂涂覆与等离子体协同处理的方法,对聚乙烯木塑复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。研究了硅烷偶联剂浓度、等离子体处理时间、等离子体喷头距试件的处理距离对胶接强度的影响,优化了协同处理工艺。利用接触角测试、红外光谱分析研究了协同表面处理前后材料的表面性质变化,并对胶接接头的耐水性能进行了测试。结果表明:利用偶联剂涂覆和等离子体的协同处理,可以既提高胶接强度,又改善胶接接头的耐水性能。协同处理受偶联剂涂覆和等离子体处理的工艺因素影响较大,选取的优选处理工艺为偶联剂浓度为5%、等离子体处理时间为30s、处理距离为30mm。