CFRP表面激光熔覆TC4过渡层界面反应机理与性能研究

发布时间：2023-11-11 15:03

　　针对航空领域广泛应用的碳纤维增强热塑性复合材料(CFRP)和Ti-6Al-4V钛合金(TC4),采用激光实现两者高强度连接具有重要意义。本文研究发现传统CFRP/TC4激光连接技术是依靠树脂二次重熔形成粘接,其接头界面连接性能较差,限制了进一步工业化应用。为此,本文提出采用激光熔覆技术在CFRP表面制备TC4过渡层的方法,实现CFRP中的碳纤维与TC4过渡层的冶金结合,提高界面连接性能。本文围绕CFRP表面TC4过渡层制备问题,开展了CFRP表面激光熔覆TC4过渡层组织与性能研究,建立了激光工艺参数-界面形貌-力学性能的相互对应关系。揭示了CFRP板材与TC4过渡层之间界面的结合机理,并通过TC4过渡层合金元素调控提高了界面结合强度。首先开展了CFRP/TC4板材激光连接的基础研究,分析热输入对接头形貌及剪切性能的影响规律,发现随着热输入的增加,树脂熔化区宽度明显变大,界面处气孔尺寸变大,CFRP基体原有结构被破坏,剪切强度逐渐降低,最大强度仅为8.15MPa。证实通过激光加热TC4板材,导致CFRP/TC4界面处树脂熔化分解,最后两者通过物理吸附机制实现胶接。为了提高CFRP/TC4...

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 CFRP与金属连接研究现状
        1.2.1 机械连接
        1.2.2 胶结
        1.2.3 熔焊连接
    1.3 激光辅助金属和树脂连接研究现状
        1.3.1 连接工艺特性研究进展
        1.3.2 界面连接机制研究进展
    1.4 CFRP表面金属化研究现状
        1.4.1 真空沉积
        1.4.2 喷涂
    1.5 本文主要研究内容
第2章 试验材料与研究方法
    2.1 引言
    2.2 试验材料与设备
        2.2.1 试验材料
        2.2.2 试验设备
    2.3 试验与分析方法
        2.3.1 试件清洗
        2.3.2 宏观和微观组织分析
        2.3.3 性能测试
第3章 CFRP/TC4 板材激光连接特性研究
    3.1 引言
    3.2 CFRP/TC4 激光连接工艺
        3.2.1 试验过程
        3.2.2 接头宏观形貌
        3.2.3 激光连接参数对接头形貌的影响
    3.3 界面微观结构及力学性能
        3.3.1 界面微观结构
        3.3.2 接头力学性能
    3.4 CFRP/TC4 接头断口显微形貌
    3.5 界面连接机理
    3.6 本章小结
第4章 CFRP表面激光熔覆TC4 过渡层组织与性能
    4.1 引言
    4.2 激光熔覆TC4过渡层制备
        4.2.1 试验过程
        4.2.2 TC4过渡层成形质量研究
    4.3 CFRP热解产物
    4.4 TC4过渡层组织与性能
        4.4.1 显微组织
        4.4.2 界面相结构
        4.4.3 纳米硬度
        4.4.4 力学性能及断口微观形貌
    4.5 小结
第5章 CFRP/TC4 过渡层界面合金元素调控及性能优化
    5.1 引言
    5.2 合金元素选取与过渡层制备
        5.2.1 合金元素选取原则
        5.2.2 激光熔覆TC4过渡层成形质量研究
    5.3 AlSi10Mg对过渡层组织与性能的影响
        5.3.1 AlSi10Mg对过渡层组织的影响
        5.3.2 界面相结构
        5.3.3 纳米硬度
        5.3.4 力学性能及断口微观形貌
    5.4 小结
第6章 CFRP/TC4 过渡层激光熔覆界面反应机理与应力
    6.1 引言
    6.2 界面反应机理
        6.2.1 Ti-C体系的反应机理
        6.2.2 Ti-Al-C体系的反应机理
    6.3 金属间化合物形成长大过程
        6.3.1 CFRP/TC4 过渡层界面IMC形成长大
        6.3.2 AlSi10Mg对 CFRP/TC4 过渡层界面IMC形成长大影响
    6.4 界面结合机理
        6.4.1 CFRP/TC4 过渡层界面结合机理
        6.4.2 AlSi10Mg对 CFRP/TC4 过渡层界面结合机理的影响
    6.5 界面应力应变分析
        6.5.1 界面残余应力-应变分析
        6.5.2 界面HRTEM应力应变场分析
    6.6 小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3862778