火焰法原位生长碳纳米管增强TC4的熔融粘接性能

以不锈钢网,预浸料和热塑性树脂薄膜构筑加热粘接植入体,利用脉冲电阻熔接技术连接TC4合金。以火焰法原位制备的碳纳米管(CNTs)作为熔接界面的增强剂,借助扫描电子显微镜和静态接触角测试仪分别对改性前后的TC4合金表面形貌和粗糙程度进行分析。对表面改性后的TC4合金进行熔融粘接,并对熔接件进行单搭接拉伸剪切试验,以评估接头的强度。结果表明:CNTs改性后的TC4合金表面元素类别及含量发生改变,粗糙程度增加,接触角从61°上升到127°。TC4合金表面的CNTs涂层与聚醚酰亚胺(PEI)树脂形成机械互锁结构增强熔接接头的力学性能,使最大剪切强度(LSS)提升65.3%。接头失效分析显示,CNTs的存在使失效模式从层间分离转变为植入体断裂。     

还原氧化石墨烯对复合材料电阻焊接头强度的增强作用

目的通过还原氧化石墨烯(RGO)与不锈钢网的结合,改善不锈钢网作为电阻焊接玻璃纤维增强聚醚酰亚胺(GF/PEI)层合板植入体时的界面性能。方法在相同的焊接工艺下,对不同焊接时间的焊接强度进行比较。利用扫描电镜、红外光谱、拉曼光谱对改进的Hummers法合成的氧化石墨烯(GO)和水合肼还原的GO进行表征。使用扫描电镜和动态接触角对包裹不同次数RGO的不锈钢网进行测试分析。以包裹不同次数RGO的不锈钢网为植入体进行电阻焊接试验,并对焊接强度和失效模式进行分析。结果不同的焊接时间下,确定120 s左右时达到最高单搭接剪切强度,为26.6 MPa。由于RGO的疏水性,表面包裹不同次数RGO的不锈钢网动态接触角由89.8°增长到127.7°。在优化后的焊接时间下,用包裹5次RGO的不锈钢网为植入体的电阻焊接强度达到最高,为41 MPa。同时,RGO的加入使电阻焊接失效模式由最初的不锈钢网直接剥离失效向不锈钢网与层合板同时撕裂失效转变。结论 RGO包裹的不锈钢网有效地改善了纯不锈钢网作为植入体和PEI树脂的界面相容性,对电阻焊接接头强度有着明显的提高。     

表面处理对TC4钛合金-GF/PEI复合材料电阻焊接强度的影响

目的提高钛合金-复合材料电阻焊接界面强度。方法以不锈钢网、预浸料和树脂薄膜的组合结构作为界面植入体,利用脉冲电阻焊接技术连接钛合金和玻璃纤维增强聚醚酰亚胺(GF/PEI)层合板。对表面光滑的钛合金分别进行砂纸机械打磨以及H_2O_2/NaOH碱性混合溶液刻蚀处理,并通过能谱分析仪、扫描电子显微镜和静态接触角测试仪,分别对钛合金表面成分、形貌和粗糙程度进行分析。对表面处理后的钛合金和GF/PEI层合板进行电阻焊接,并对焊件进行单搭接拉伸剪切试验,以评估焊接头的强度。利用超声波扫描显微镜检测层合板内部损伤验证接头失效模式。结果通过机械打磨后的钛合金,表面粗糙程度增加,接触角从56.8°上升到84.8°。钛合金与PEI树脂的界面结合性能上升,使最大焊接强度提升187.0%。碱性混合溶液刻蚀后的钛合金,表面形貌随刻蚀时间(t_e)的增长呈现出不同的结构,并在刻蚀后期出现亚微米级的网络结构,同时伴随着表面接触角从56.8°上升到136.3°。钛合金表面的亚微米级网络结构与PEI树脂形成机械互锁结构来共同承担焊接头的力学性能,使最大焊接强度提升198.4%。接头失效分析显示,焊接初期接头的主要失效模式为钛合金板从界面处直接剥离;焊件强度达到最佳时,失效模式转变为植入体断裂。结论对钛合金进行机械打磨和刻蚀处理可以有效改善表面粗糙程度,从而提高钛合金-GF/PEI层合板的焊接头强度。     

先进聚合物基复合材料电阻植入焊技术研究进展EI北大核心

先进聚合物基复合材料(APC)是实现航空航天装备轻量化的重要结构材料,而制造效率低、成本高、耗能严重等因素阻碍了APC的进一步扩大应用。电阻植入焊(RIW)技术具有设备简单、效率高、节能环保、适合大型曲面结构连接等优点,是能够替代传统的胶接工艺实现APC结构件的绿色制造、再制造、循环利用的革新性技术之一。本文综述了APC电阻植入焊工艺及应用技术的研究进展,介绍了APC电阻植入焊技术面临的挑战,系统归纳总结了热塑性复合材料RIW原理、电阻植入体类型、焊接工艺参数优化、热固性复合材料RIW原理以及RIW在大型APC结构件制造中的应用技术等,指出了APC的RIW目前存在涉及材料设计、工艺优化和夹具制造等方面的问题。在未来,热塑性复合材料(TPC)结构的RIW技术相关的研究有望集中在发展更高强度的焊接黏结剂、设计新型结构的发热元件(HE)和改善黏结剂与HE的界面结合强度等方面,以提高接头的承载能力;加强RIW接头力学本构模型、疲劳强度以及服役寿命的研究;针对特定APC部件开展焊接设备和夹具的研究,推动RIW工程化,填补国内在该方面的空白。