針對航空領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的碳纖維增強熱塑性復(fù)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(shù)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(jìn)一步工業(yè)化應(yīng)用。為此,本文提出采用激光熔覆技術(shù)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(jié)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(xué)性能的相互對應(yīng)關(guān)系。揭示了CFRP板材與TC4過渡層之間界面的結(jié)合機(jī)理,并通過TC4過渡層合金元素調(diào)控提高了界面結(jié)合強度。首先開展了CFRP/TC4板材激光連接的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致CFRP/TC4界面處樹脂熔化分解,最后兩者通過物理吸附機(jī)制實現(xiàn)膠接。為了提高CFRP/TC4...

【文章頁數(shù)】：155 頁

【學(xué)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(jī)械連接
        1.2.2 膠結(jié)
        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(jìn)展
        1.3.2 界面連接機(jī)制研究進(jìn)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(shè)備
        2.2.1 試驗材料
        2.2.2 試驗設(shè)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(jié)構(gòu)及力學(xué)性能
        3.3.1 界面微觀結(jié)構(gòu)
        3.3.2 接頭力學(xué)性能
    3.4 CFRP/TC4 接頭斷口顯微形貌
    3.5 界面連接機(jī)理
    3.6 本章小結(jié)
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(jié)構(gòu)
        4.4.3 納米硬度
        4.4.4 力學(xué)性能及斷口微觀形貌
    4.5 小結(jié)
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(jié)構(gòu)
        5.3.3 納米硬度
        5.3.4 力學(xué)性能及斷口微觀形貌
    5.4 小結(jié)
第6章 CFRP/TC4 過渡層激光熔覆界面反應(yīng)機(jī)理與應(yīng)力
    6.1 引言
    6.2 界面反應(yīng)機(jī)理
        6.2.1 Ti-C體系的反應(yīng)機(jī)理
        6.2.2 Ti-Al-C體系的反應(yīng)機(jī)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(jié)合機(jī)理
        6.4.1 CFRP/TC4 過渡層界面結(jié)合機(jī)理
        6.4.2 AlSi10Mg對 CFRP/TC4 過渡層界面結(jié)合機(jī)理的影響
    6.5 界面應(yīng)力應(yīng)變分析
        6.5.1 界面殘余應(yīng)力-應(yīng)變分析
        6.5.2 界面HRTEM應(yīng)力應(yīng)變場分析
    6.6 小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)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