[发明专利]一种提升热塑性复合材料与金属连接强度的方法

说明书

本发明属于焊接技术领域，公开了一种提升热塑性复合材料与金属连接强度的方法，包括以下步骤：S1、利用短脉冲激光在金属表面待连接区域制备微质构；S2、在微质构表面铺设一层热塑性树脂材料；S3、利用激光对热塑性复合材料与金属进行热传导连接。本发明一方面通过在金属表面待连接区域制备微质构，增大热塑性复合材料与金属的接触面积，形成咬合结构；另一方面在热塑性复合材料与金属之间添加一层热塑性树脂材料，激光焊接时热塑性树脂材料处于熔融状态，使热塑性复合材料与金属充分连接，最终提升热塑性复合材料与金属连接强度。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种提升热塑性复合材料与金属连接强度的方法。

背景技术

热塑性复合材料具有高的比强度和比模量，耐冲击、耐疲劳、耐水性与耐疲劳优良，可重复加工，成型加工效率高，成型加工成本低等显著优点。因而，热塑性复合材料在航天航空、风力发电、交通运输等领域有广阔的应用前景。热塑性复合材料的应用将不可避免地产生与钢、铝合金等传统金属材料的连接问题。热塑性复合材料的焊接不采用胶黏剂，仅靠复合材料表面的树脂熔融并熔接形成接头，具有工艺周期短、效率高、接头应力分布均匀、便于实现自动化等优点。

目前，热塑性复合材料主要采用电阻植入焊、电磁感应焊和超声波焊接等方法完成焊接。其中，电阻植入焊工艺简单、设备灵活、无需表面处理，但是在焊接过程中，焊接头会引入杂质，从而降低了焊接头的疲劳性能和电气性能的均匀性；电磁感应焊可以进行连续的焊接，但是，其存在植入材料成本高、填充材料影响焊接强度、难以焊接具有复杂焊接面的结构等问题；超声焊具有焊接效率高、接头强度高等优点，但是其存在导能筋制作困难和一次可焊接面积小的局限。

激光焊接具有工艺简单、成本低廉、加热速度快、穿透能力强、热影响区小，接头强度高、成分均匀等优点，并可完成一次性大面积焊接，但与其他方法相比，面临着一个关键问题：连接强度低。导致纤维增强热塑性复合材料与金属激光连接强度低的原因主要有两个：一个是纤维增强热塑性复合材料的树酯含量低，导致用于熔融连接纤维增强热塑性复合材料与金属的树脂量少，连接不充分；另一个则是金属表面光滑，使纤维增强热塑性复合材料与金属接触面积小，且无法形成咬合结构。

因此，需要一种提升热塑性复合材料与金属连接强度的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种提升纤维增强热塑性复合材料与金属激光连接强度的界面处理方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种提升热塑性复合材料与金属连接强度的方法，包括以下步骤：

S1、利用短脉冲激光在金属表面待连接区域制备微质构；

S2、在微质构表面铺设一层热塑性树脂材料；

S3、利用激光对热塑性复合材料与金属进行热传导连接。

进一步地，所述短脉冲激光的波长为10.6μm、1064nm、532nm或266nm。

进一步地，所述短脉冲激光由毫秒激光器、纳秒激光器、皮秒激光器或飞秒激光器发出。

进一步地，所述微质构的形貌是微坑、微凸、网格或倒锥。

进一步地，所述微质构是利用扫描振镜或扫描转镜带动激光束运动，在工件表面刻蚀制备而成。

进一步地，所述热塑性树脂材料为聚酰胺、聚乙烯、聚苯硫醚或聚甲基丙烯酸甲酯。

进一步地，所述热塑性树脂材料的厚度在1mm以内。

进一步地，所述金属是不锈钢、碳钢、铝合金、镁合金、钛合金或高温合金。

进一步地，所述热塑性复合材料为纤维增强的热塑性树脂基复合材料。