【摘要】：采用激光對5052鋁合金進行表面燒蝕處理,對其表面物化特性進行觀察分析,并測試了其膠接接頭在鹽霧環(huán)境腐蝕后的剪切強度與失效模式。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)激光表面處理后,接頭的剩余強度在鹽霧環(huán)境腐蝕后強度增大了40%,并且失效模式由幾乎完全界面失效變成內(nèi)聚失效。經(jīng)分析測量,處理后的鋁合金表面粗糙度從0.09μm增大到1.77μm,并且在其表面形成了凹凸不平的多孔結(jié)構(gòu),膠接時發(fā)現(xiàn)膠粘劑滲入其中增強了膠接界面的粘接;同時,經(jīng)過表面元素能譜分析,發(fā)現(xiàn)氧元素含量增加,鋁合金表面生成氧化鋁,也有利于增強鋁合金基體的抗腐蝕性能,證明激光表面處理可以提高膠接接頭的耐腐蝕性能。
【圖文】：

圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出激光的脈寬（即脈沖作用時間）在９～２００ｎｓ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，掃描速率在０～１００００ｍｍ／ｓ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，激光光斑在聚焦處的圓點直徑為６７μｍ。為了簡化激光處理的模式來方便實驗分析，以保證受處理區(qū)域的激光光斑均勻分布且被激光完全覆蓋，本實驗將２個激光點之間的直線距離與兩列激光的行間距設(shè)置為相等（即等于掃描速率ｖ除以脈沖頻率ｆ），并設(shè)置行間距ｌ＝０．０４ｍｍ，激光脈沖頻率ｆ＝２００００Ｈｚ，掃描速率ｖ＝８００ｍｍ／ｓ。圖１為激光斑分布示意圖。由圖１可以看出，激光掃描區(qū)域為鋁合金膠接接頭搭接區(qū)域，激光掃描方向為箭頭方向所指（即鋁合金試樣的寬度方向）。圖１激光光斑分布示意圖Ｆｉｇ．１Ｌａｓｅｒｓｐｏｔｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ圖２所示為鋁合金表面經(jīng)激光處理后結(jié)構(gòu)制備鋁合金的膠接接頭試樣。將膠粘劑均勻涂覆在鋁合金表面搭接區(qū)域，經(jīng)搭接、夾具加壓后放入固化爐進行固化。膠層厚度用直徑為０．２０ｍｍ的玻璃珠控制，設(shè)定固化溫度為１８０±２℃，保溫２０ｍｉｎ后，放室溫下靜置２４ｈ。為了保證實驗數(shù)據(jù)可靠性，每組均設(shè)有５個試樣，共４組，即原始鋁合金表面與激光處理后所制膠接接頭各２組，分別用于室溫下與腐蝕環(huán)境后的拉伸實驗。在ＭＴＳ－Ｅ４５．１０５拉伸試驗機上測試鋁合金膠接接頭的拉剪破壞強度，拉伸速率為１０ｍｍ／ｓ。在拉伸過程中，試樣兩端均粘有厚度為２ｍｍ的墊片，以減小扭矩對剪切強度的影響。為模擬鋁合金膠接結(jié)構(gòu)的腐蝕環(huán)境，本文進行了鹽霧環(huán)境腐蝕實驗。實驗環(huán)境根據(jù)標準ＡＳＴＭＢ１１７－２００３［１２］，設(shè)

處理區(qū)域的激光光斑均勻分布且被激光完全覆蓋，本實驗將２個激光點之間的直線距離與兩列激光的行間距設(shè)置為相等（即等于掃描速率ｖ除以脈沖頻率ｆ），并設(shè)置行間距ｌ＝０．０４ｍｍ，激光脈沖頻率ｆ＝２００００Ｈｚ，掃描速率ｖ＝８００ｍｍ／ｓ。圖１為激光斑分布示意圖。由圖１可以看出，激光掃描區(qū)域為鋁合金膠接接頭搭接區(qū)域，激光掃描方向為箭頭方向所指（即鋁合金試樣的寬度方向）。圖１激光光斑分布示意圖Ｆｉｇ．１Ｌａｓｅｒｓｐｏｔｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ圖２所示為鋁合金表面經(jīng)激光處理后結(jié)構(gòu)制備鋁合金的膠接接頭試樣。將膠粘劑均勻涂覆在鋁合金表面搭接區(qū)域，經(jīng)搭接、夾具加壓后放入固化爐進行固化。膠層厚度用直徑為０．２０ｍｍ的玻璃珠控制，設(shè)定固化溫度為１８０±２℃，保溫２０ｍｉｎ后，放室溫下靜置２４ｈ。為了保證實驗數(shù)據(jù)可靠性，每組均設(shè)有５個試樣，共４組，即原始鋁合金表面與激光處理后所制膠接接頭各２組，分別用于室溫下與腐蝕環(huán)境后的拉伸實驗。在ＭＴＳ－Ｅ４５．１０５拉伸試驗機上測試鋁合金膠接接頭的拉剪破壞強度，拉伸速率為１０ｍｍ／ｓ。在拉伸過程中，試樣兩端均粘有厚度為２ｍｍ的墊片，以減小扭矩對剪切強度的影響。為模擬鋁合金膠接結(jié)構(gòu)的腐蝕環(huán)境，本文進行了鹽霧環(huán)境腐蝕實驗。實驗環(huán)境根據(jù)標準ＡＳＴＭＢ１１７－２００３［１２］，設(shè)定溫度為３５±１℃，氯化鈉溶液質(zhì)量濃度為５０±５ｇ／Ｌ，噴霧壓力值為０．３ＭＰａ，試樣在鹽霧中暴露時間為１６８ｈ。圖２膠接接頭結(jié)構(gòu)示意圖Ｆｉｇ．２Ｊｏｉｎｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ由于激光脈沖能量高，使

為０．３ＭＰａ，試樣在鹽霧中暴露時間為１６８ｈ。圖２膠接接頭結(jié)構(gòu)示意圖Ｆｉｇ．２Ｊｏｉｎｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ由于激光脈沖能量高，使得鋁合金表面經(jīng)歷了高溫熔融再凝固的過程，且這一過程中鋁合金表面發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)變化［１３］。為分析鋁合金經(jīng)激光處理前后的表面理化特性變化，本文進行了表面粗糙度測量，用掃描電鏡對鋁合金表面微觀形貌與膠接界面進行了觀察，并結(jié)合能譜儀對其表面進行了元素組成分析。２結(jié)果與討論２．１鋁合金經(jīng)激光表面處理表面形貌與組成分析圖３所示為經(jīng)激光處理前后鋁合金表面粗糙度的實驗結(jié)果。由圖３可以看出，原始表面粗糙度只有０．０９μｍ，而經(jīng)激光處理后的表面粗糙度增大到１．７７μｍ，是原始表面粗糙度的１９倍。圖４所示為鋁合金經(jīng)激光處理前后的表面形貌。因鋁合金表面金屬經(jīng)過高溫熔融后再凝結(jié)，故在其表面形成了多孔的凹凸不平的表面，孔的直徑為５～７μｍ。鋁合金基體的表面形貌對其膠接性能圖３激光處理前后的鋁合金表面粗糙度Ｆｉｇ．３Ｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｂｅｆｏｒｅ＆ａｆｔｅｒｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｏｎ·２８９４·中國機械工程第２８卷第２３期２０１７年１２月上半月

本文編號：2805897