碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法技术

本发明专利技术公开一种碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，属于材料检测技术领域，包括如下步骤：(1)，制作电化学试件；(2)，电化学标记；(3)，碳纤维裸露缺陷检测。基于电镀原理，借助电化学工作站、体式显微镜等设备，经过电化学试件制作、恒电位极化标记、表面沉积物观测、数理统计计算等过程，获得原始表面碳纤维裸露缺陷的分布规律，包括裸露碳纤维的分布位置、分布密度和分布面积等，实现碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测，准确度高，可靠性强。可靠性强。可靠性强。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法


[0001]本专利技术属于材料检测
，具体涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法。

技术介绍

[0002]大量应用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是实现现代大型装备结构轻量化的重要手段之一。例如，国外在现代飞机上广泛使用了CFRP，技术已经相对成熟，欧洲空客生产的大型军用运输机A400M中，CFRP用量约占机体结构总重的40％，美国波音已量产的B787客机中CFRP占比高达50％。相比之下，国内仍然处于起步阶段，在我国自主研制的大型窄体客机C919中，铝合金和CFRP的用量分别约占70％和11.5％。可以预见，随着社会的发展和技术的进步，CFRP在我国大型装备中的用量亦将逐步提高。
[0003]在装备结构中，CFRP用量的提升导致其与金属组合共用成为常态。金属/CFRP结构的优点是轻质高强，力学性能优良，但是，由于CFRP自身电位较高，阴极性质良好，在与金属接触时，往往会加速低电位金属在腐蚀环境中的腐蚀速率，即电偶腐蚀现象。因此，在实际应用过程中，一旦金属/CFRP结构的防腐蚀措施失效，装备将面临严重的环境损伤问题。可见，掌握CFRP的电化学特性对于理解和探索金属/CFRP结构的电偶腐蚀机理十分重要，对于优化防腐蚀措施、提高防腐蚀工作效率也有潜在的科学指导作用和工程应用价值。
[0004]研究表明，CFRP的阴极性质与其碳纤维增强体密切相关，CFRP中裸露的碳纤维是阴极反应的主要场所。若生产工艺理想，碳纤维被树脂严密包覆，没有任何裸露，CFRP则不具备导电性，阴极性质也无从谈起。然而，在实际生产和保存过程中，由于种种原因，CFRP表面总是存在碳纤维裸露缺陷，致使CFRP表现出良好的阴极性质。因此，获得和掌握CFRP表面碳纤维裸露缺陷的分布规律，成为研究CFRP阴极性质和金属/CFRP结构电偶腐蚀的关键难点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，包括如下步骤：
[0008](1)，制作电化学试件；
[0009](2)，电化学标记；
[0010](3)，碳纤维裸露缺陷检测。
[0011]优选的，在步骤(1)，将碳纤维增强树脂基复合材料切割一定尺寸的小样，预留任一个面为工作面，从另一个面引出铜导线，非工作面均使用环氧树脂常温封装。
[0012]优选的，在步骤(1)，所述尺寸为10mm
×
10mm
×
2mm。
[0013]优选的，在步骤(1)，工作面和引出铜导线的面为10mm
×
10mm的面。
[0014]优选的，在步骤(1)，引出铜导线的面应经砂纸打磨而具有良好导电性，打磨后，该面上任意两点间电阻小于8Ω。
[0015]优选的，在步骤(2)，包括配制溶液、电极连接和开展电化学试验。
[0016]优选的，在步骤(2)，使用去离子水和五水合硫酸铜配置饱和CuSO4溶液，35℃时，饱和CuSO4溶液中CuSO4的质量分数为12.5％左右。
[0017]优选的，在步骤(2)，电极连接时，饱和甘汞电极为参比电极RE，铂电极为对电极CE，电化学试件为工作电极WE。
[0018]优选的，在步骤(2)，设置极化参数，恒电位极化电压设置为
‑
0.15V，极化时长设置为8000s，采点步长5s。极化电压设置范围可在
‑
0.15～
‑
0.3V之间。
[0019]优选的，在步骤(3)，如恒电位极化过程中监测到的电流值为0或过载，则不存在碳纤维裸露缺陷，如不为0，则存在碳纤维裸露缺陷。
[0020]优选的，在步骤(3)，Cu沉积处为缺陷所在位置。
[0021]优选的，在步骤(3)，使用体视显微镜对所述试件表面的Cu沉积位置进行观测，记录材料表面碳纤维裸露缺陷的位置、数量以及面积。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]1，本专利技术深入探究CFRP的电化学性能及其对金属/CFRP结构电偶腐蚀的影响，以航空材料CFRP为对象，基于电镀原理，借助PARSTAT 4000电化学工作站、KH
‑
7700体式显微镜等设备，经CFRP电化学试件制作、恒电位极化测量、表面沉积物观测、数理统计计算等过程，获得CFRP原始表面碳纤维裸露缺陷的分布规律，包括裸露碳纤维的分布位置、分布密度和分布面积等，实现碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测。采用本专利技术的检测方法后，解决了以往直接使用放大镜或光学显微镜观察CFRP表面碳纤维裸露缺陷所得结果只能定性、无法定量的难题，且检测准确度高、可靠性强。2，采用本专利技术的检测方法后，可以准确划分CFRP表面的活性阴极区和惰性阴极区，并获得活性阴极区和惰性阴极区的阴极反应机制，为合理的防腐蚀设计提供支撑，推动CFRP在工程结构中的应用进程。
[0024]3，CFRP的阴极性质与其碳纤维裸露量密切相关，但一直以来，二者之间的关系无法得到量化。采用本专利技术的检测方法，可获得CFRP表面碳纤维裸露缺陷的统计结果，以及恒电位极化条件下的电流值，据此确定确定碳纤维裸露缺陷和CFRP阴极性质之间的量化关系。基于电镀原理，实现了对于CFRP碳纤维裸露缺陷的标记，克服了以往肉眼观察缺陷导致判断不准确、结果不可靠的难题，方便了对于缺陷的统计，同时获得了恒电位极化中的电流特征值，为建立CFRP阴极性质与缺陷分布的量化关系奠定了数据基础。
[0025]4，本专利技术的专利技术构思为恒电位极化时，工作电极WE和对电极RE在饱和CuSO4溶液中形成了完整电回路。根据电镀原理，电解液中的Cu2+便会在电子释放的位置因获得电子而被还原，从而发生聚集沉积。在绝缘区域，仅有极少量溶解氧可跟随电解液的渗透抵达碳纤维表面，而Cu2+由于半径较大，极难以渗透方式穿越树脂，故该区域阴极极化进程极为缓慢，测量周期内不足以有Cu沉积，称之为惰性阴极区。在碳纤维裸露区，导电碳纤维传递并释放大量电子，大量Cu2+和溶解氧在此处得到电子而快速地发生还原反应，O2被快速消耗，大量Cu2+也参与其中，Cu沉积十分显著，称之为活性阴极区，Cu沉积处便是缺陷所在位置。
[0026]5，通过光学显微、扫描电镜观察、体视显微镜的测量，基于电镀原理的Cu2+还原检测可用于标识CFRP表面碳纤维裸露缺陷的位置、数量和面积，准确度高，可靠性强。通过对
引出铜导线的面进行打磨，实现了导线与该面之间较好的导通，避免了电化学标记过程中因此而产生的断路或过载问题，提高了电化学标记效率。通过限定恒电位极化时的极化电压范围，既避免了电压过低造成的击穿损伤，影响试验结果，又避免了电压过高造成的反应缓慢，降低标记效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)，制作电化学试件；(2)，电化学标记；(3)，碳纤维裸露缺陷检测。2.如权利要求1所述的碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，其特征在于，在步骤(1)，将碳纤维增强树脂基复合材料切割一定尺寸的小样，预留任一个面为工作面，从另一个面引出铜导线，非工作面均使用环氧树脂常温封装。3.如权利要求1所述的碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，其特征在于，在步骤(1)，所述尺寸为10mm
×
10mm
×
2mm。4.如权利要求1所述的碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，其特征在于，在步骤(1)，工作面和引出铜导线的面均为10mm
×
10mm的面。5.如权利要求1所述的碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，其特征在于，在步骤(1)，引出铜导线的面应先经2000#水砂纸打磨至碳纤维裸露，使用万用表测量该面上任意两点间电阻小于8Ω。6.如权利要求1所述的碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，其特征在于，在步骤(2)，包括配制溶液、电极连接和开展电化学标记。7.如权利要求1所述的碳纤维增强树脂基复合材料表面碳纤维裸露缺陷检测方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王安东，魏梓林，黄海亮，卞贵学，张勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学青岛校区，
类型：发明
国别省市：