Недавно группа исследователей Ян Шанлу из Шанхайского института оптики и точного машиностроения (SIPM) Китайской академии наук (CAS) добилась нового прогресса в лазерном соединении гетерогенных соединений металлоуглеродных композитов в научно-исследовательском центре. лазерных интеллектуальных производственных технологий. Команда использовала перестраиваемый прямоугольный полупроводниковый лазер с плоской вершиной в качестве источника тепла для реализации соединения высокопрочной стали и композитов из углеродного волокна на основе термопластичных смол, выяснила взаимосвязь между межфазной термической историей гетерогенных материалов и механизмом формирования межфазной границы. и совместная работа, а также выдвинул новый тип стратегии процесса лазерного тепловложения. Результаты соответствующих исследований обобщены как «Влияние межфазной термической истории на механизм соединения при лазерном соединении QP980-CFRTP с регулируемым прямоугольным лазерным лучом с плоской вершиной», опубликованном в журнале Composite Structures.
Разработка высокоэффективных гибридных структур с системами из нескольких материалов является растущей тенденцией в аэрокосмической отрасли. Термопластичные композиты, армированные углеродным волокном (CFRTP), обладают высокой удельной прочностью и ударной вязкостью и могут быть гибридизированы с металлами для удовлетворения требований как по облегчению конструкции, так и по контролю затрат. Из-за огромной разницы в физико-химических свойствах металлов и композитов существующие методы соединения разнородных материалов недостаточны, и возникает острая необходимость разработки новых процессов соединения, обладающих высоким качеством и эффективностью.
Команда исследует межфазную тепловую историю процесса лазерного соединения, анализирует температурное состояние матрицы смолы и ее поведение при смачивании металлической поверхности, а также сравнивает влияние различных межфазных термических историй на дефекты межфазного соединения, химический состав, качество соединения. сильные стороны и поведение неудачников. Благодаря методу проектирования межфазной термической истории и регулированию процесса лазерного теплового ввода реализуются предельная межфазная температура и достаточное время выдержки, которые помогают матрице смолы плавиться и полностью диффундировать на металлической поверхности, заполнять микропоры на границе раздела и способствовать химическое соединение, в результате чего получается высококачественное соединение с пиковой нагрузкой более 10 кН и прочностью на сдвиг более 22 МПа. Результаты соответствующих исследований имеют широкий спектр перспектив применения в аэрокосмической и других смежных областях.
Рисунок 1. Процесс лазерного соединения, структура сверхбыстрой лазерной обработки поверхности и мониторинг термической истории интерфейса.
Рисунок 2. Взаимосвязь между межфазной термической историей и поведением смачивания смолой на металлической поверхности.
