钛板表面处理工艺对Ti/PEEK界面湿热耐久性能的研究

摘要

钛合金/碳纤维增强聚醚醚酮树脂（Ti/Cf/PEEK）纤维金属混杂层板（FMLs）作为最新的第四代层板，具有较高的比强度、比模量，良好的抗冲击性能、抗疲劳性能及高损伤容限等优点，已广泛应用于航空航天领域。Ti/Cf/PEEK纤维金属混杂层板中Ti/PEEK弱界面层的存在制约着层板性能发挥，特别是严重影响层板湿热条件下的耐久性。因此，研究Ti/PEEK界面的湿热耐久性对混杂层板的应用具有很高实用价值。
　　本文采用两种不同方法对钛合金进行表面处理以改善Ti/PEEK界面粘接性能。首先，将超声波引入TA2板NaTESi阳极氧化过程中，研究超声工艺参数对阳极氧化后TA2表面形貌、粗糙度以及表面能的影响，并分析了超声波对阳极氧化过程的影响。结果表明：超声功率为100W、作用时间5min、温度35℃时可获得最佳TA2表面处理状态，此时TA2表面粗糙度达到最大值0.917μm，表面自由能达到最高值70.25mN/m，较未引入超声波时均有不同程度提高。
　　其次，对未预处理及预先阳极氧化处理两种状态TA2板进行对硝基苯重氮盐电接枝表面处理，研究了重氮盐浓度及接枝时间对TA2表面有机物膜层的影响，并通过SEM、XPS、AFM、FTIR及接触角测试等手段分别对电接枝前后 TA2板表面形貌、化学成分、官能团种类、表面能进行表征分析。结果发现：未预处理TA2板接枝后表面部分区域出现较小的起伏，预先阳极氧化处理TA2板接枝后表面凹坑得到填充，起伏度减小；两种状态TA2板接枝后在406.0eV处均发现N1s峰；未预处理TA2板接枝后表面能由接枝前的40.69mN/m降至28.37mN/m，预先阳极氧化处理的TA2接枝后表面能也由接枝前的62.36mN/m降至46.57mN/m。说明两种TA2板电接枝处理后对硝基苯基团均成功接枝到TA2表面，且TA2表面结构及性能均发生变化。
　　最后，本文研究了以上不同TA2表面处理状态的Ti/PEEK胶接界面在不同环境湿度与温度下，其剩余拉伸剪切强度随老化时间的变化规律。结果表明：TA2经超声波辅助阳极氧化及电接枝两种表面处理后均有助于提高Ti/PEEK胶接界面的耐久性能；随老化温度与湿度升高，试样剩余拉伸剪切强度均出现不同程度减小。此外，研究发现在82℃、95％RH湿热环境下，TA2表面预先经阳极氧化处理再经电接枝处理的胶接界面老化200h后剩余强度最高可达12.80MPa，而此时TA2表面经超声波辅助阳极氧化处理的胶接界面剩余强度仅为5.04MPa。说明预先阳极氧化处理再电接枝处理为TA2最佳表面处理工艺，此时TA2表面处理后获得的胶接界面湿热耐久性能最好。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 纤维金属混杂层板（FMLs）发展历史及研究现状

1.3 钛及钛合金表面处理研究现状

1.4 超声波在阳极氧化中的应用

1.5 重氮盐电接枝的研究现状

1.6 胶接界面耐久性研究进展

1.7 研究目的与内容

第二章 实验内容与方法

2.1 超声波辅助阳极氧化

2.2 重氮盐电接枝

2.3单搭剪切实验

2.4 湿热老化实验

2.5 实验表征方法

第三章 超声波辅助阳极氧化处理对钛板表面结构及性能影响

3.1 引言

3.2普通NaTESi阳极氧化处理TA2表面结构及性能

3.3 超声波辅助阳极氧化表面处理正交试验设计

3.4 超声功率对TA2表面结构及性能影响

3.5 超声作用时间对TA2表面结构及性能影响

3.6 本章小结

第四章 电接枝处理对钛板表面结构及性能影响

4.1引言

4.2 TA2表面电接枝工艺探索

4.3电接枝对TA2表面性能的影响

4.4 本章小结

第五章 钛板表面处理对Ti/PEEK界面湿热耐久性能影响

5.1引言

5.2钛板表面超声波辅助阳极氧化处理的Ti/PEEK界面老化性能

5.3 钛板表面电接枝处理的Ti/PEEK界面老化性能

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文结论

6.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文