超輕質(zhì)泡沫鋁刮擦振動(dòng)釬焊界面潤(rùn)濕及結(jié)合機(jī)理的研究項(xiàng)目摘要

隨著載人航天及高速列車等領(lǐng)域?qū)Τp質(zhì)多孔、大面積、高強(qiáng)度泡沫鋁夾芯板及異型件的迫切需求，泡沫鋁的連接顯得日益重要。針對(duì)泡沫鋁膠黏強(qiáng)度低、不耐高溫和腐蝕、易老化和真空放氣，熱壓粉末冶金易團(tuán)聚和受大面積的限制，傳統(tǒng)釬焊方法難潤(rùn)濕、電化學(xué)腐蝕及強(qiáng)度低等問(wèn)題，提出了無(wú)釬劑機(jī)械刮擦和超聲振動(dòng)輔助釬焊泡沫鋁的概念，即利用機(jī)械刮擦破除泡沫鋁表面致密的氧化膜，為潤(rùn)濕提供初始界面，利用超聲振動(dòng)空化和流變、沖擊效應(yīng)促進(jìn)釬料的鋪展和氧化膜的去除，從而釬焊獲得泡沫鋁間及與致密金屬間的冶金結(jié)合界面。在上述研究基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究無(wú)序多孔泡沫鋁表面釬料的潤(rùn)濕和界面行為，泡沫鋁與鋁合金板異材連接的冶金界面物理化學(xué)過(guò)程及其界面微觀結(jié)構(gòu)、從微觀到宏觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)的控制，并基于能量最小原理建立具有初始潤(rùn)濕界面和超聲振動(dòng)促進(jìn)的無(wú)序多孔泡沫鋁表面的釬料潤(rùn)濕行為物理模型，以及泡沫鋁夾芯板承載特性和失效機(jī)理。

本項(xiàng)目針對(duì)泡沫鋁膠黏強(qiáng)度低、不耐高溫和腐蝕、易老化和真空放氣，熱壓粉末冶金易團(tuán)聚和受大面積的限制，傳統(tǒng)釬焊方法難潤(rùn)濕、電化學(xué)腐蝕及強(qiáng)度低等問(wèn)題，提出了無(wú)釬劑機(jī)械刮擦和超聲振動(dòng)輔助釬焊泡沫鋁的概念，即利用機(jī)械刮擦破除泡沫鋁表面致密的氧化膜，為潤(rùn)濕提供初始界面，利用超聲振動(dòng)空化和流變、沖擊效應(yīng)促進(jìn)釬料的鋪展和氧化膜的去除，采用Zn-Al-Cu基合金為釬料，通過(guò)刮擦振動(dòng)輔助的方法，釬焊獲得了泡沫鋁間及與致密金屬間的冶金結(jié)合界面，釬焊界面連續(xù)無(wú)缺陷。機(jī)械刮擦去除表面的氧化膜，形成毛細(xì)通道，使?jié)櫇皲佌鬼樌M(jìn)行。釬焊制備的夾芯三明治板，其鋁板與泡沫鋁的連接處，釬料與鋁板結(jié)合致密，僅與泡沫鋁的孔壁端面結(jié)合，再次冷卻階段無(wú)振動(dòng)作用時(shí)，釬料未進(jìn)入泡沫鋁的孔隙中，機(jī)械振動(dòng)時(shí)，釬料流布并填充進(jìn)入孔隙中但填充不均勻，超聲振動(dòng)時(shí)，釬料流布并填充進(jìn)入孔隙且填充均勻。泡沫鋁與制備的夾芯結(jié)構(gòu)板，壓縮試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力－應(yīng)變曲線均分為三個(gè)階段：彈性階段、應(yīng)力平臺(tái)階段和密實(shí)化階段；其壓縮的吸能－應(yīng)變曲線形狀相似，隨著應(yīng)變的增加，吸能-應(yīng)變曲線的斜率逐漸增大，表明吸能效率增大。夾芯結(jié)構(gòu)板的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線也由三個(gè)階段組成：面板局部屈曲、芯體剪切失效和面板的凹陷及芯層密實(shí)的變化過(guò)程。在三點(diǎn)彎曲與落錘沖擊的試驗(yàn)中，夾芯結(jié)構(gòu)板都表現(xiàn)出了比泡沫鋁更為優(yōu)異的性能，強(qiáng)度與能量吸收為泡沫鋁的幾倍甚至幾十倍。試驗(yàn)后，夾芯結(jié)構(gòu)整體未斷裂，芯層破壞嚴(yán)重，界面連接依然良好。在上述研究基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了無(wú)序多孔泡沫鋁表面釬料的潤(rùn)濕和界面行為，泡沫鋁與鋁合金板異材連接的冶金界面物理化學(xué)過(guò)程及其界面微觀結(jié)構(gòu)、從微觀到宏觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)的控制，揭示了泡沫鋁夾芯板承載特性和失效機(jī)理，并建立了具有初始潤(rùn)濕界面和振動(dòng)促進(jìn)的無(wú)序多孔泡沫鋁表面的釬料潤(rùn)濕行為物理模型，釬料在泡沫鋁等多孔材料表面的潤(rùn)濕行為，受表面狀態(tài)、釬料成分、孔隙率等因素的影響。本項(xiàng)目研究結(jié)果為泡沫多孔材料的連接提供了新的思路。 2100433B

塑料制品表面有好幾種明顯損壞的方法，其中有尖銳物體的劃痕；磨料摩擦產(chǎn)生的磨損；改變表面性能或光澤的表面損傷；或者鈍化物體輕微刮擦造成的“寫入效果”。根據(jù)汽巴精化的高級(jí)研究員AshuSharma博士的解釋，材料在壓入力和滑動(dòng)力或橫（側(cè)）向力的作用下發(fā)生屈服，產(chǎn)生延性/脆性破壞從而造成刮痕。在刮痕中，不平的表面產(chǎn)生不均勻的光散射和“刮痕發(fā)化”。改善刮痕性能的解決方法包括盡可能減小聚合物底面粗糙程度和降低刮痕的胎肩，以產(chǎn)生盡可能少的光散射以及盡可能小的刮痕可見(jiàn)度。準(zhǔn)確地測(cè)量耐刮擦性能，弄清楚表面破壞背后的材料科學(xué)知識(shí)對(duì)于形成改善方案是重要的。

然而聚烯烴材料的耐刮擦性能明顯較差，而這一性能卻是儀表板、操控臺(tái)和門板表皮等汽車內(nèi)部應(yīng)用部件的關(guān)鍵性能?？构涡允瞧囃獠繎?yīng)用部件、ATVs（全地形車輛）等車輛、耐用品和家具等的重要性能之一。塑料和汽車工業(yè)正積極尋找解決方案以提高聚烯烴材料的耐刮擦性能。表面性能提高的聚烯烴能很好地代替金屬和工程樹(shù)脂材料，同時(shí)還能很好地塑造出有顏色的用途。通過(guò)涂料、無(wú)機(jī)礦物填料和其它助劑技術(shù)可以提高聚烯烴的耐刮擦性能。此外耐刮擦性能還取決于其它很多因素，例如樹(shù)脂的類型、填料含量、助劑、顏料、加工條件和表面粒度等。