本发明专利技术涉及一种复合材料与金属的连接结构，包括金属连接件、复合材料连接件，其特征在于，在金属连接件与复合材料连接件的相连接部位，还设置有细针，所述细针一端固定连接在金属连接件上，另一端插入复合材料内部。本发明专利技术还公开了一种形成所述连接结构的方法，包括如下步骤，a，将细针一端固定连接在金属连接件上；b，将细针另一端置于复合材料内部，且不切断纤维增强材料，纤维的走向与细针形状匹配；c，对复合材料进行固化成型。本发明专利技术的有益效果是，金属连接件上的细针不切断复合材料纤维，没有制孔导致的孔边应力集中问题，可抑制胶层开裂和层压板面外分层的作用，本结构同时具有了胶接结构和机械连接结构的优点，并很大程度上克服了二者的缺点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种复合材料与金属的连接结构，包括金属连接件、复合材料连接件，其特征在于，在金属连接件与复合材料连接件的相连接部位，还设置有细针，所述细针一端固定连接在金属连接件上，另一端插入复合材料内部。本专利技术还公开了一种形成所述连接结构的方法，包括如下步骤，a，将细针一端固定连接在金属连接件上；b，将细针另一端置于复合材料内部，且不切断纤维增强材料，纤维的走向与细针形状匹配；c，对复合材料进行固化成型。本专利技术的有益效果是，金属连接件上的细针不切断复合材料纤维，没有制孔导致的孔边应力集中问题，可抑制胶层开裂和层压板面外分层的作用，本结构同时具有了胶接结构和机械连接结构的优点，并很大程度上克服了二者的缺点。【专利说明】
本专利技术专利涉及一种异质材料之间的连接方式，尤其是一种纤维增强复合材料与金属材料之间的连接技术。
技术介绍
相比传统的金属材料，纤维增强复合材料(包括树脂基碳纤维增强复合材料、树脂基玻璃纤维增强复合材料、树脂基纺纶纤维增强复合材料、树脂基硼纤维增强复合材料、树脂基石墨纤维增强复合材料，以及金属基和陶瓷基复合材料，等)具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、破损安全性好、性能可设计、各向异性、多功能性和可发展性等优势，使得复合材料越来越多地应用于航空、航天、车辆、船舶、建筑、石油、桥梁、风电和建筑等工程领域。然而，相比金属材料，纤维增强复合材料也普遍具有耐湿热性差、挤压强度低、层间强度低、价格昂贵等缺点，导致其还不能完全取代金属材料。因此，虽然复合材料的应用可以通过整体成型的方式制作成大型构件而降低装配工作，但在某些部位还需要与金属结构进行连接。复合材料与金属具有不同物理、化学和力学性质，它们之间的连接属于异质材料连接。传统的复合材料与金属的连接工艺包括机械连接、胶接以及二者共同应用的混合连接。相比胶接，机械连接比较可靠，可以传递较大载荷。通过合理的紧固件排布、钉孔配合以及紧固件夹紧力可以在一定程度上提高金属与复合材料机械连接强度。但金属-复合材料机械连接也具有以下缺点:1)由于制孔过程中切断了复合材料纤维和金属材料，导致孔边应力严重集中，从而不得不增加复合材料和金属连接件的厚度，进而导致重量增加；2)大量紧固件的使用，需要大量的制孔和装配工作，成本高、周期长，而且增加了结构重量；3)紧固件与孔可能会带来电位腐蚀问题；4)由于复合材料与金属材料力学性能不同，其对拧紧力矩、干涉配合等装配参数的要求也不同，但在复合材料与金属混合结构机械连接结构中这些参数通常是相同的。相比机械连接，胶接的结构增重较小，连接部位的应力集中较低，耐疲劳性能好，但是由于胶接的工艺特点，其具有以下缺点:1)胶接结构件的力学性能分散性较大；2)对面外力敏感；3)耐湿热性差、胶层有老化失效的危险；4)脆性，破坏突然发生从而难以预测；5)检测困难；6)不易拆卸。胶螺混合连接克服前面两种连接方式的缺点并综合发挥它们的优点，但是紧固件的使用提高了成本和结构的重量，在一定程度上削弱了使用复合材料所带来的优点。通过在胶接接头的预浸件中直接嵌入固化好的直径为0.2-lmm的纤维或金属短棒，然后再固化预浸件形成层压板，可以增加复合材料胶接接头的层间开裂的性能，但此工艺所应用的纤维或金属短棒无法嵌入金属，因此不适合于金属与复合材料的混合连接结构。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服传统复合材料与金属的各种连接方式的缺点，提供一种复合材料与金属的连接结构以及形成该连接结构的方法，使得复合材料与金属连接结构具有更高的承载能力和可靠性。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种复合材料与金属的连接结构，包括金属连接件、复合材料连接件，在金属连接件与复合材料连接件的相连接部位，还设置有细针，所述细针一端固定连接在金属连接件上，另一端插入复合材料内部。从而通过该细针结构，使得金属连接件和复合材料连接件之间的结合更牢固、可靠。进一步地，所述复合材料内部设置有纤维增强材料，在所述金属连接件与复合材料连接件的相连接部位，所述纤维的走向与细针的形状匹配，形成环绕细针的纤维布局结构。进一步地，所述纤维增强材料设置多层，各层纤维之间走向成一定角度，形成纤维交错排列的结构。另外，所述细针端头与金属连接件之间的距离小于或等于复合材料连接件在相应位置的厚度，从而不会从复合材料穿出，所述细针通过焊接、胶接、3D打印(激光堆积成形)等工艺技术固定在金属连接件上。进一步地，所述细针为多个，其截面形状为圆形、椭圆、方形或矩形，所述细针不与金属连接板相连接的一端的端部设置为尺寸变大的柱形、圆形、椭圆形、L形、T形或钩形结构，从而增大细针的抗剥离能力和连接结构的刚度。细针与金属连接板连接处可以有一定半径的导圆，从而增强细针的强度和刚度。进一步地，所述细针的轴线与金属连接件的连接处的法向一致，或成一定夹角设置，所述各细针相互之间平行或成一定夹角设置。另外，金属连接件可以为板状，复合材料与金属连接结构金属与复合材料既可以是单搭接结构，即在金属连接件的一侧设置细针，形成连接结构，也可以是双搭接结构，即在金属连接件的相对的两侧分别设置细针，两面均与复合材料相连接，甚至是多连接板连接结构，需要在所有金属连接板的所有贴合面上制作出细针。金属与复合材料连接板的贴合面既可以是平面，也可以是较复杂的曲面。该金属连接件还可以为棒状，棒状的金属连接件环绕该棒状结构设置有细针。所述细针分别插入到复合材料连接件内。一种形成上述连接结构的方法，包括如下步骤， a，将细针一端固定连接在金属连接件上； b，将细针另一端置于复合材料内部，且不切断纤维增强材料，纤维的走向与细针形状匹配； C，对复合材料进行固化成型。进一步地,在a步骤中，细针通过焊接、胶接、3D打印等工艺技术固定在金属连接件上；在b步骤中，所述细针插入到复合材料内部，插入过程中仅是把纤维束局部挤离原位。进一步地，在b步骤中，所述纤维通过铺设或缠绕设置在所述连接件的结合面处，在c步骤中，先对制作好的复合材料与金属连接结构中的铺设或缠绕的纤维结构注入固化齐U，然后再将其放置到热压成型装置内加热、加压固化成型。进一步地，在b步骤中，所述复合材料设置多层，所述多层复合材料内部各层的纤维走向成一定角度，形成纤维交错排列的结构，所述复合材料由预浸料制成或由预制件制成，相应地在C步骤中，对由预浸料制成的复合材料，直接将装配好的复合材料与金属连接结构在热压成型装置内加热、加压固化成型，对由预制件制成的复合材料，先对装配好的复合材料与金属连接结构中的预制件注入固化剂，然后再将其放置到热压成型装置内加热、加压固化成型。首先根据细针与连接件的材料和几何形状，应用焊接(包括熔焊、扩散焊、钎焊等)、胶接或3D打印等工艺技术在金属连接件的表面制作若干细针，然后把带有细针的金属连接件与复合材料装配件按照相对位置放置、固定，并保证细针穿过复合材料预浸料或预制件的过程中不切断纤维而只是把纤维束局部挤离原位。最后把装配好的金属-复合材料装配件固化成型，从而制成金属与复合材料胶-多细针连接结构件。其中预浸料指的是带有固化剂的还未固化的纤维增强复合材料，预制件指的是未添加固化剂的已铺设成型的复合材料纤维件。其中固化剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合材料与金属的连接结构，包括金属连接件、复合材料连接件，其特征在于，在金属连接件与复合材料连接件的相连接部位，还设置有细针，所述细针一端固定连接在金属连接件上，另一端插入复合材料内部。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：刘龙权，
类型：发明
国别省市：上海;31
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