針對航空領域廣泛應用的碳纖維增強熱塑性復合材料(CFRP)和Ti-6Al-4V鈦合金(TC4),采用激光實現(xiàn)兩者高強度連接具有重要意義。本文研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)CFRP/TC4激光連接技術是依靠樹脂二次重熔形成粘接,其接頭界面連接性能較差,限制了進一步工業(yè)化應用。為此,本文提出采用激光熔覆技術在CFRP表面制備TC4過渡層的方法,實現(xiàn)CFRP中的碳纖維與TC4過渡層的冶金結合,提高界面連接性能。本文圍繞CFRP表面TC4過渡層制備問題,開展了CFRP表面激光熔覆TC4過渡層組織與性能研究,建立了激光工藝參數(shù)-界面形貌-力學性能的相互對應關系。揭示了CFRP板材與TC4過渡層之間界面的結合機理,并通過TC4過渡層合金元素調(diào)控提高了界面結合強度。首先開展了CFRP/TC4板材激光連接的基礎研究,分析熱輸入對接頭形貌及剪切性能的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著熱輸入的增加,樹脂熔化區(qū)寬度明顯變大,界面處氣孔尺寸變大,CFRP基體原有結構被破壞,剪切強度逐漸降低,最大強度僅為8.15MPa。證實通過激光加熱TC4板材,導致CFRP/TC4界面處樹脂熔化分解,最后兩者通過物理吸附機制實現(xiàn)膠接。為了提高CFRP/TC4...

【文章頁數(shù)】：155 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 CFRP與金屬連接研究現(xiàn)狀
        1.2.1 機械連接
        1.2.2 膠結
        1.2.3 熔焊連接
    1.3 激光輔助金屬和樹脂連接研究現(xiàn)狀
        1.3.1 連接工藝特性研究進展
        1.3.2 界面連接機制研究進展
    1.4 CFRP表面金屬化研究現(xiàn)狀
        1.4.1 真空沉積
        1.4.2 噴涂
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
第2章 試驗材料與研究方法
    2.1 引言
    2.2 試驗材料與設備
        2.2.1 試驗材料
        2.2.2 試驗設備
    2.3 試驗與分析方法
        2.3.1 試件清洗
        2.3.2 宏觀和微觀組織分析
        2.3.3 性能測試
第3章 CFRP/TC4 板材激光連接特性研究
    3.1 引言
    3.2 CFRP/TC4 激光連接工藝
        3.2.1 試驗過程
        3.2.2 接頭宏觀形貌
        3.2.3 激光連接參數(shù)對接頭形貌的影響
    3.3 界面微觀結構及力學性能
        3.3.1 界面微觀結構
        3.3.2 接頭力學性能
    3.4 CFRP/TC4 接頭斷口顯微形貌
    3.5 界面連接機理
    3.6 本章小結
第4章 CFRP表面激光熔覆TC4 過渡層組織與性能
    4.1 引言
    4.2 激光熔覆TC4過渡層制備
        4.2.1 試驗過程
        4.2.2 TC4過渡層成形質(zhì)量研究
    4.3 CFRP熱解產(chǎn)物
    4.4 TC4過渡層組織與性能
        4.4.1 顯微組織
        4.4.2 界面相結構
        4.4.3 納米硬度
        4.4.4 力學性能及斷口微觀形貌
    4.5 小結
第5章 CFRP/TC4 過渡層界面合金元素調(diào)控及性能優(yōu)化
    5.1 引言
    5.2 合金元素選取與過渡層制備
        5.2.1 合金元素選取原則
        5.2.2 激光熔覆TC4過渡層成形質(zhì)量研究
    5.3 AlSi10Mg對過渡層組織與性能的影響
        5.3.1 AlSi10Mg對過渡層組織的影響
        5.3.2 界面相結構
        5.3.3 納米硬度
        5.3.4 力學性能及斷口微觀形貌
    5.4 小結
第6章 CFRP/TC4 過渡層激光熔覆界面反應機理與應力
    6.1 引言
    6.2 界面反應機理
        6.2.1 Ti-C體系的反應機理
        6.2.2 Ti-Al-C體系的反應機理
    6.3 金屬間化合物形成長大過程
        6.3.1 CFRP/TC4 過渡層界面IMC形成長大
        6.3.2 AlSi10Mg對 CFRP/TC4 過渡層界面IMC形成長大影響
    6.4 界面結合機理
        6.4.1 CFRP/TC4 過渡層界面結合機理
        6.4.2 AlSi10Mg對 CFRP/TC4 過渡層界面結合機理的影響
    6.5 界面應力應變分析
        6.5.1 界面殘余應力-應變分析
        6.5.2 界面HRTEM應力應變場分析
    6.6 小結
結論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3862778