哈工大團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)金屬熱塑復(fù)材熱連接界面微-納雙尺度調(diào)控

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)宋曉國教授團(tuán)隊(duì)提出一種界面微-納雙尺度定向調(diào)控技術(shù)，即在金屬表面預(yù)制多孔結(jié)構(gòu)以強(qiáng)化在熱連接過程中熔化的樹脂基體在金屬表面的嵌合作用，并優(yōu)化金屬表面化學(xué)狀態(tài)以吸附更多的極性官能團(tuán)；依據(jù)待連接熱塑復(fù)合材料的樹脂基體官能團(tuán)組成提出設(shè)計(jì)納米級硅烷偶聯(lián)薄膜定向誘導(dǎo)氫鍵理念，實(shí)現(xiàn)對金屬/熱塑復(fù)材大差異材料熱連接界面微-納雙尺度調(diào)控。

相關(guān)研究成果以題為Enhanced interfacial bonding strength of laser bonded titanium alloy/CFRTP joint via hydrogen bonds interaction發(fā)表在Composites Part B：Engineering上。該研究以TC4鈦合金與碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮(CFRTP)為研究對象，研究微弧氧化復(fù)合KH550硅烷偶聯(lián)薄膜雙尺度調(diào)控結(jié)構(gòu)在激光連接TC4/CFRTP過程中界面的強(qiáng)化機(jī)理。微弧氧化多孔結(jié)構(gòu)的引入顯著提高了金屬表面的物理粗糙狀態(tài)，促進(jìn)界面的機(jī)械嵌合行為。同時(shí)優(yōu)化了金屬表面的化學(xué)狀態(tài)，羥基（-OH）的吸附含量顯著提高，這為硅烷偶聯(lián)薄膜的定向引入提供了優(yōu)異的條件。納米級硅烷偶聯(lián)薄膜的引入并未改變金屬表面的物理結(jié)構(gòu)，表明對機(jī)械嵌合無影響，而典型-Si-O及-N-H等官能團(tuán)出現(xiàn)在金屬表面，表明納米級硅烷偶聯(lián)薄膜的成功引入，金屬表面化學(xué)狀態(tài)滿足預(yù)期設(shè)計(jì)需求。對連接界面處典型官能團(tuán)進(jìn)行傅里葉紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，引入的氨基及CFRTP內(nèi)部的羰基及醚鍵等典型官能團(tuán)均發(fā)生不同程度的紅移及藍(lán)移。這表明引入的納米級硅烷偶聯(lián)薄膜在激光連接過程中實(shí)現(xiàn)了對界面氫鍵作用的誘導(dǎo)并被精確捕捉與鑒定。這使得微-納雙尺度調(diào)控下的接頭性能較未處理狀態(tài)下提升近一倍。

這項(xiàng)研究創(chuàng)新地提出微-納雙尺度調(diào)控結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了金屬/熱塑復(fù)合材料輕量化結(jié)構(gòu)熱連接的可靠性，該設(shè)計(jì)理念也將為界面定向改性強(qiáng)化提供新思路，為金屬/熱塑復(fù)合材料界面氫鍵的誘導(dǎo)與鑒定奠定了理論 基礎(chǔ)。