激光扫描阵列结构增强不锈钢与塑料的连接强度

发布时间：2021-03-21 01:00

　　本文采用光纤激光器在不锈钢表面上制备圆形阵列结构来增强不锈钢与塑料的连接强度。研究了激光制备的圆形阵列结构参数以及连接参数对不锈钢与塑料连接强度的影响。结果表明,不锈钢表面经过激光扫描构形处理后能显著提高不锈钢与塑料的连接强度,在压力作用下,熔融塑料渗入激光构造微孔形成的机械互锁是增强不锈钢与塑料连接强度的主要机制。激光构形后不锈钢表面上的毛刺高度、数量以及覆盖率对连接接头的连接强度有重要影响。毛刺高度为10～20μm,毛刺数量占比T_m小于14.82%时,不锈钢与塑料在连接面处断裂,剪切力随着T_m的增加而增加;当T_m值高于14.82%时,在塑料处断裂,且剪切力数值在塑料的平均拉伸断裂力（950 N）上下浮动。不锈钢与塑料连接接头断裂于塑料处时所对应的最小覆盖率为38.5%,此时剪切力为900 N。此外,激光扫描处理过程中不锈钢与塑料连接的温度与压力对连接强度有重要影响,在加热温度为400℃时,不锈钢与塑料连接接头的剪切力最强;当压力为75 kN时,不锈钢与塑料连接接头的剪切力最强。 

【文章来源】：中国光学. 2020,13(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

图1 两种材料样品和连接区域的尺寸

采用单因素变量法确定温度和压力的参数后,研究圆形阵列结构的毛刺个数占比和覆盖率对连接强度的影响。实验过程中首先用激光在不锈钢表面上构造出圆形阵列结构,然后将其放入电阻炉中加热至所需温度;随后取出不锈钢板将其放在固定于压力连接装置上的塑料板上面,并用夹紧机构向两种材料的搭接处加压,压力装置如图4所示。连接过程中,不锈钢的热量传递给塑料,使塑料表面部分熔化,在连接压力的作用下熔化的塑料流入金属表面的微孔结构中。为了确保不锈钢与塑料的有效连接需要保压1分钟。实验采用美国INSTRON公司生产的150DX型液压式万能试验机对连接接头的强度进行了测试。采用德国Zeiss公司生产的型号为EVOMA25的扫描电子显微镜观察了金属与塑料的连接截面。利用德国Zeiss公司生产的型号为LSM700的激光扫描共聚焦显微镜对微孔阵列结构进行了观察。图3 阵列单元内激光扫描轨迹与光斑间距

阵列单元内激光扫描轨迹与光斑间距

【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维增强聚合物-AA5052铝合金三层板自冲铆接性能[J]. 丁文有,何晓聪,刘佳沐,卢嘉伟,魏文杰.  科学技术与工程. 2018(25)
[2]工程塑料表面金属覆层的激光定域精细去除[J]. 贾振元,赵凯,刘巍,丁立超.  光学精密工程. 2016(01)
[3]纳结构的连续激光复合微纳探针刻划加工[J]. 程柏,韩冰,谷立山,陈晓苹,杨立军.  光学精密工程. 2015(07)
[4]环氧SEBS胶黏剂的制备及性能研究[J]. 徐飞,田兴友,王化.  塑料科技. 2015(05)
[5]胶-螺混合连接承载力的参数影响研究[J]. 袁辉,刘鹏飞,赵启林,马毓.  玻璃钢/复合材料. 2013(03)
[6]激光冲击效应下的力学电化学微细刻蚀加工[J]. 张朝阳,李中洋,王耀民,毛卫平.  光学精密工程. 2012(06)
[7]制作工艺对复合材料胶—螺混合连接接头传力机理及承载力的影响分析[J]. 马毓,江克斌,赵启林.  机械强度. 2011(01)
[8]先进航空树脂基复合材料研究与应用进展[J]. 益小苏,张明,安学锋,刘立朋.  工程塑料应用. 2009(10)



本文编号：3092006