表面处理工艺对AA5083/超低温胶接头性能影响研究

摘要

随着中国能源结构的调整，天然气在人们日常生活和工业化生产中发挥着越来越重要的作用。天然气的广泛应用带动着LNG运输船需求量不断增加，目前日韩等国家的LNG液货围护系统技术处于垄断地位，因此推进中国LNG船液货围护系统的研究迫在眉睫。其中围护系统内层低温金属AA5083铝合金与外层绝热材料界面的粘结性能是影响该研究推进的重要环节，因此研究AA5083铝合金不同表面处理对低温环境下AA5083/超低温胶界面粘结性能的影响具有深远的意义。 本文首先对AA5083铝合金表面光刻处理、喷砂处理和磷酸-硫酸阳极氧化处理的最优参数进行探究。通过对比法获得光刻处理的最优微坑矩阵尺寸参数是：微坑直径200μm，直径与间隙比为2∶1，微坑深度为20μm。此时AA5083与超低温胶接触角为31.46°，粗糙度值为0.710μm，表面能为30.82mN/m。在压力0.4MPa、角度15°、喷头与铝合金表面距离60mm情况下，获得喷砂处理的最优砂粒目数为150目，此时AA5083与超低温胶接触角为36.19°，粗糙度值为1.472μm，表面能为29.13mN/m。通过正交实验法获得磷酸-硫酸阳极氧化表面处理最优工艺参数为：电压20V、时间20min、电解液温度40℃。此时AA5083与超低温胶接触角为28.85°，粗糙度值为1.040μm，表面能为80.34mN/m。 其次对上述三种最优表面处理工艺的AA5083进行表面硅烷化辅助处理，对其表面性能进行表征，并用EDS和FTIR测试方法对硅烷化处理提高AA5083/超低温胶胶接界面粘结强度的机理进行分析。在25℃（室温）、0C、-60℃和-120℃温度下对AA5083/超低温胶接头试样进行单搭剪切性能测试，探究不同表面处理方式对AA5083/超低温胶胶接界面粘结强度的影响。结果表明：在-60℃时，硅烷化辅助阳极氧化处理试样的剪切强度最大，强度值为33.96MPa。 最后对上述不同表面处理后的AA5083/超低温胶接头试样进行最长四个月的海洋湿热条件的耐久性能测试，并对胶接接头断裂破坏模式进行分析。结果表明：随着测试时间的增加，所有试样的剪切强度均出现不同程度的下降。其中硅烷化辅助阳极氧化处理试样的海洋湿热耐久性最好，一个月、两个月、三个月和四个月耐久性测试强度分别为22.87MPa、22.37MPa、21.74MPa和19.86MPa，每个阶段测试强度约是同时期未处理试样强度的3.30倍。硅烷化辅助阳极氧化处理AA5083/超低温胶接头破坏模式均为内聚力破坏。

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