粉末层压法制备镁基纤维金属层板及其力学性能的研究

摘要

纤维金属层板（FMLs）是一种混杂的复合材料，由金属板和纤维增强树脂相互叠加铺层形成的复合材料，其拥有金属以及纤维增强树脂组分的优点的同时也具有良好的损伤容限、疲劳抗性、耐腐蚀、阻燃性能以及抗冲击性能。FMLs很好的替代了传统合金材料完成减重节能的同时获得了更好的使用性能。应用在航空航天上的FMLs多为铝基FMLs。镁合金具有比铝合金更低的密度、更好的电磁屏蔽以及阻尼性能，代替铝合金制备FMLS可进一步减重并提高层合板的减震性能从而提高交通工具运行中的稳定性。传统的纤维金属层板（FMLs）多采用热固性树脂制备，较长的生产周期以及昂贵的生产成本是制备热固性FMLs最大的缺点。为了克服热固性基FMLs的缺点，近些年对热塑性FMLs进行了大量的研究。热塑性基FMLs与热固性树脂基FMLs相比缩短了生产工艺流程，易于加工，耐化学腐蚀，可修理可循环利用，以及较强的层间断裂韧性，更好的冲击性能。本文以AZ31B镁合金作为外层金属层，玻璃纤维作为增强材料，马来酸酐改性聚丙烯树脂粉末作为粘结剂采用新颖的粉末层压工艺成功的制备热塑性镁基FMLs。并对其力学拉伸、层间剪切、冲击、振动性能进行研究。这种制备工艺进一步简化了工艺缩减了成本也为未来快速制备FMLs提供一种新的可行的参考工艺。
　　本研究主要内容包括：⑴对镁板进行不同表面处理，研究镁板不同表面处理对力学拉伸、层间剪切、弯曲以及冲击性能的影响。对于机械处理镁板来说，随着镁板表面粗糙度的增加，树脂与金属界面微观的机械噬合作用较强，层间剪切、弯曲、冲击强度随之提高。NaCl腐蚀后微观的孔洞与树脂形成机械噬合作用使层间剪切强度提高，等离子清洗后由于镁板表面形成微观的缺陷层间剪切强度反而下降。硅烷化偶联处理后镁合金表面形成一层硅烷膜，从而极大地提高了层间剪切强度，获得了最优的综合力学性能。⑵采用不同纤维布增强树脂制备镁基 FMLs，研究不同纤维增强树脂厚度对FMLs力学性能的影响。研究发现纤维布的引入提高了FMLs的层间剪切强度，而弯曲强度随着纤维树脂厚度的增加逐渐下降。随着纤维树脂厚度的增加 FMLs的固有振动频率变高，3层纤维布树脂增强FMLs获得最好的振动性能。对硅烷处理后的镁板进行傅立叶变换红外光谱分析，结果表明镁板表面形成一层硅烷固化膜，硅烷通过 Si-O-Mg键与镁板紧密偶联在一起，极大地提高了金属与树脂之间的粘结强度。从而使镁基FMLs的层间剪切强度、弯曲强度得到了极大地提高。⑶研究了FMLs不同结构对其力学拉伸、弯曲、层间剪切以及冲击强度的影响。结果表明3/2结构FMLs抗拉强度强度略低于2/1结构FMLs,而弯曲强度、层间剪切强度、冲击强度均高于2/1结构FMLs。并对不同跨距下FMLs的层间剪切强度进行分析，结果表明随着跨距的减小，层间剪切强度提高。

目录

1绪论

1.1 FMLS的发展历史以及研究现状

1.2 FMLS的性能

1.3 FMLS的一般制备方法

1.4 本文的研究内容、意义及创新性

2 实验材料与研究方法

2.1 实验材料与设备

2.2镁基FMLs的制备

2.3 分析测试方法

3镁合金的不同表面处理对镁基FMLS力学性能的影响

3.1不同粗糙度镁板对FMLs力学性能的影响

3.2镁板表面改性对FMLs力学性能的影响

3.3 本章小结

4 不同厚度纤维增强树脂制备2/1结构FMLS的力学性能

4.1 镁板硅烷固化膜的红外光谱标定

4.2力学拉伸分析

4.3 弯曲、层间剪切强度测试

4.4 冲击性能

4.5 振动性能

4.6本章小结

5不同结构镁基FMLS的力学性能

5.1力学拉伸分析

5.2 抗拉、层间剪切强度分析

5.3 不同跨距对层间剪切强度影响

5.5 冲击性能分析

5.6 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表论文目录：

B. 作者在攻读学位期间取得的奖励：