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南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
纤维金属层板(Fiber Reinforced Metal laminates)是一种由金属薄板和纤维复合材料热压固化而成的层间混杂复合材料,具有优良的疲劳性能,耐腐蚀、阻燃、耐冲击等优点。相比于热固性 FMLs,热塑性的 FMLs 具有成型周期短、可回收利用、具有较好韧性等优点,但热塑性树脂表面能较低,不利于粘结。TA2/Cf/PEEK 层板作为一种新型热塑性纤维金属层板,特种工程塑料聚醚醚酮(PEEK)作为热塑性树脂,存在表面能低、不利于粘结的缺点,因此需要针对 TA2/PEEK 弱界面层进行界面优化。而钛的表面处理工艺对 TA2/PEEK 结合强度的影响直接制约着钛板与预浸料的结合强度,所以改善 TA2/PEEK 的界面结合状态是完善 TA2/Cf/PEEK 超混杂层板制备工艺的重要技术基础。
本文分别采用喷砂、恒压阳极氧化对钛合金表面进行处理,研究不同工艺参数对钛合金表面形貌,晶型及粗糙度的影响,旨在提高 Ti/PEEK 的界面粘结强度。最后通过单搭接头拉伸剪切强度和 I 型层间断裂韧性的测定分别从力和能量的角度对 Ti/PEEK 界面的粘结强度进行评价。
结果表明:①通过比较 XRD 实验结果发现,喷砂与 NaTESi 阳极氧化法处理后的试样,
其表面氧化膜结构未发生改变;②通过扫描电镜进行观察,在 10V~20V 电压下处理的钛表面较为粗糙。其表面形貌为纳米颗粒,粒径尺寸为 100nm~200nm。当阳极氧化时间为 10min,电压在 10V 时其表面纳米颗粒分布最为均匀,最有利于树脂的浸润。③通过扫描电镜进行观察, 使用 60 目的砂粒,在 压力下距离钛板 100mm~150mm 进行喷砂处理后,钛板表面起伏较大,而且能够得到具有一定清洁度的粗糙表面,这有利于提高钛板表面与 PEEK 之间的机械结合。④经过阳极氧化工艺 10V、10min、35oC 处理的表面,其表面粗糙度为 ,剪切强度可以达到 19MPa。经过优化后的喷砂工艺处理的钛表面,其表面粗糙度为 ,剪切强度可以达到 18MPa 左右。⑤喷砂处理与阳极氧化处理相结合的表面处理工艺抗分层能力最好, 其能量释放率最高,喷砂与 NaTESi 阳极氧化相结合的表面处理工艺所得的层间断裂韧性值为 ,相比于未经表面处理的试样增幅为 %。
关键词:FMLs,TA2,喷砂,阳极氧化,聚醚醚酮,双悬臂梁,单搭接头,界面
I
优化 Ti/PEEK 粘结性能的钛板表面处理工艺研究
ABSTRACT
Fiber reinforced metal laminates are interply posites consisting of alternating layers of titanium sheets and prepreg, such that the superior fatigue and fracture properties associated with fiber-posite may bined with the plastic behaviour offered by the titanium. Plenty of merits the FMLs have: