一种焊接金属与树脂或树脂基复合材料方法技术

一种焊接金属与树脂或树脂基复合材料方法，它涉及焊接领域，本发明专利技术要解决对金属进行微弧氧化处理来提升其与树脂或树脂基复合材料焊接强度的过程中，由于微弧氧化外部疏松层与内部致密层之间结合薄弱，以及焊接过程中树脂难以完全填充微弧氧化层上微孔隙，机械咬合连接不充分，最终导致不能最大限度的发挥金属微弧氧化层作用的技术问题。本发明专利技术的方法包括依次执行金属微弧氧化处理工序、微弧氧化层外部疏松层移除工序、超声辅助热传导焊接工序三部分。本发明专利技术的接头中金属侧具有微弧氧化陶瓷层，可提升接头抗腐蚀性和耐磨性，接头中机械连接充分，连接强度高，适应广泛。适应广泛。适应广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种焊接金属与树脂或树脂基复合材料方法


[0001]本专利技术属于焊接领域，具体涉及一种焊接金属与树脂或树脂基复合材料方法。

技术介绍

[0002]聚苯硫醚、聚醚醚酮等特种高性能树脂以及纤维增强的树脂基复合材料具有绝缘、耐腐蚀、高比强度等特性，在航空航天、船舶、高端汽车等领域的应用不断增多，在这些领域树脂及树脂基复合材料会面临与铝合金、镁合金等轻质金属的连接工况。传统铆接或螺栓连接会对结构造成破坏并且增加结构重量。热塑性树脂以及纤维增强的热塑性树脂基复合材料具有可焊性，这类树脂及树脂基复合材料与金属的焊接可以解决铆接或螺栓连接存在的问题，具有广泛应用前景。树脂及树脂基复合材料与金属之间形成的焊接接头中有化学连接和机械连接两种连接方式，化学连接主要依靠组成树脂的高分子链上的极性键与金属表面氧化物中的羟基形成共价键，但多数热塑性树脂内含有的极性共价键有限，甚至不含极性共价键，因此依靠化学连接获得的接头强度有限。提高金属与树脂或树脂基复合材料焊接接头中的机械连接是提升其连接强度的有效方案。
[0003]铝、镁、钛等阀金属在通电后置于电解液中可产生弧光放电效应，该效应产生的高温和高压能在金属表面生成以基体的金属氧化物为主要成分的陶瓷层，这种生成陶瓷层的方法称作微弧氧化。陶瓷层表面粗糙不平，细密分布着尺寸在微米及亚微米级的孔隙，这可为金属与树脂或树脂基复合材料焊接接头中形成充分机械连接提供基础。另外，与金属的原始表面相比，微弧氧化陶瓷层中羟基含量较高，这有利于提升树脂与金属之间形成化学连接。所以在金属表面生成微弧氧化层是一种提高金属与树脂接头连接强度的理想方法。然而，以上技术方法的实施还存在以下问题：第一，微弧氧化陶瓷层分为内部致密层和外部疏松层两部分，致密层与内部金属基体结合紧密，但与外部疏松层之间有不连续的间隙，导致两层之间结合强度不高，树脂与外部疏松层之间形成较好连接时，接头的断裂会发生在结合薄弱的疏松层和致密层之间，从而使焊接接头的最高强度受限；第二，热塑性树脂在熔化后仍具有较高的粘度，流动性不佳，实际焊接过程中难以完全填充微弧氧化层上的微孔隙，形成的机械连接不充分，不能最大限度的发挥微弧氧化层的作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决通过对金属进行微弧氧化处理来提升其与树脂或树脂基复合材料焊接强度的过程中，由于微弧氧化外部疏松层与内部致密层之间结合薄弱，以及焊接过程中树脂难以完全填充微弧氧化层上的微孔隙，机械咬合连接不充分，最终导致不能最大限度的发挥金属微弧氧化层作用的技术问题。而提供一种焊接金属与树脂或树脂基复合材料方法。
[0005]本专利技术的一种焊接金属与树脂或树脂基复合材料方法，它是依次按照金属微弧氧化处理、微弧氧化层外部疏松层移除和超声辅助热传导焊接方式进行的，具体为：
[0006]1)金属微弧氧化处理
[0007](1)打磨金属表面，清洗金属去油污；
[0008](2)对金属进行微弧氧化，使金属表面生成厚度≥15μm，并且具有内部致密层和外部疏松层结构的微弧氧化层；
[0009]2)微弧氧化层外部疏松层移除
[0010]将微弧氧化后金属置于加热台上，待焊接区面朝上，将金属加热至树脂熔点，并保持该温度；然后将与金属待焊接区域尺寸相同的热塑性树脂置于金属待焊接区处，采用超声头压住叠放在一起的树脂和微弧氧化后金属，使树脂与微弧氧化后金属接触面处的压强为0.1～1MPa，待树脂与金属接触的表面热塑性变形后，开启超声进行超声处理，超声时长1s～12s，关闭超声，从加热台上取出结合在一起的树脂和微弧氧化后金属，快速冷却至室温，冷却速率≥10℃/s，待树脂充分固化，然后将树脂和微弧氧化后的金属分开，完成所述的微弧氧化外部疏松层移除；
[0011]3)超声辅助热传导焊接
[0012](3)将去除微弧氧化层外部疏松层的金属置于加热台上加热至待焊接树脂或树脂基复合材料的树脂基体的熔点，待焊接区面朝上，并保持该温度；
[0013](4)若进行树脂与金属的焊接，则将被焊接树脂搭接于金属去除疏松层的区域，用超声施加装置的超声头压住金属与树脂搭接区域，使搭接界面处的压强为0.2～1.2MPa，待树脂与金属接触的表面发生热塑性变形后；施加超声，超声时长为1～5s，处理后关闭超声并且加热台停止加热，保压1
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10s，保压过程中对接头进行冷却，冷却速率≥10℃/s，直至接头冷却至室温并且接头中树脂充分固化；然后从加热台上取出焊接后接头，即完成所述的焊接金属与树脂方法；
[0014](5)若进行树脂基复合材料与金属的焊接，则将金属加热至树脂熔点后先在待焊接区域铺设一层与树脂基复合材料的树脂基体成分相同的树脂粉末，待树脂粉末熔化后，将树脂基复合材料搭接于去除微弧氧化层外部疏松层的金属区域，用超声施加装置的超声头压住金属与树脂基复合材料搭接区域，使搭接界面处的压强为0.2～1.2MPa，待树脂基复合材料与金属接触的表面树脂发生热塑性变形；然后施加超声，超声时长为1～5s，超声处理后关闭超声并且加热台停止加热，保压1
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10s，保压过程中对接头进行冷却，冷却速率≥10℃/s，直至接头冷却至室温并且接头中树脂充分固化；然后从加热台上取出焊接后接头，即完成所述的焊接金属与树脂基复合材料方法
[0015]进一步地，所述的微弧氧化过程中使用的电解液为碱性电解液。
[0016]进一步地，所述的碱性电解液为硅酸盐系、磷酸盐系或铝酸盐系碱性电解液。
[0017]进一步地，所述微弧氧化电解液组成为：浓度为6
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10g/L的Na2SiO3·
9H2O、浓度为1.2
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2g/L的KOH和浓度为0.6
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1.2g/L的NaF。
[0018]进一步地，所述微弧氧化电源参数为双向脉冲电源，正向电压0
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400V，负向电压0
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800V，正向空占比40％
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60％，负向空占比40％
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60％，电正向电流密度2
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6A/cm2，负向电流密度0.4
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2.5A/cm2，压频率100
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600Hz，氧化时间5
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60min，电解液温度20
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28℃。
[0019]进一步地，所述微弧氧化电源参数为双向脉冲电源，正向电压10
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300V，负向电压50
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600V，正向空占比40％
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60％，负向空占比40％
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60％，正向电流密度3
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5A/cm2，负向电流密度0.6
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1.5A/cm2，电压频率100
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400Hz，氧化时间5
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40min，电解液温度20
‑
28℃。
[0020]进一步地，所述的树脂或树脂基复合材料的树脂基体为熔点在120℃以上的热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊接金属与树脂或树脂基复合材料方法，其特征在于它是依次按照金属微弧氧化处理、微弧氧化层外部疏松层移除和超声辅助热传导焊接方式进行的，具体为：1)金属微弧氧化处理(1)打磨金属表面，清洗金属去油污；(2)对金属进行微弧氧化，使金属表面生成厚度≥15μm并且具有内部致密层和外部疏松层结构的微弧氧化层；2)微弧氧化层外部疏松层移除将微弧氧化后金属置于加热台上，待焊接区面朝上，将金属加热至树脂熔点，并保持该温度；然后将与金属待焊接区域尺寸相同的热塑性树脂置于金属待焊接区处，采用超声头压住叠放在一起的树脂和微弧氧化后金属，使树脂与微弧氧化后金属接触面处的压强为0.1～1MPa，待树脂与金属接触的表面热塑性变形后，开启超声进行超声处理，超声时长1s～12s，关闭超声，从加热台上取出结合在一起的树脂和微弧氧化后金属，快速冷却至室温，冷却速率≥10℃/s，待树脂充分固化，然后将树脂和微弧氧化后金属分开，完成所述的微弧氧化层外部疏松层移除；3)超声辅助热传导焊接(3)将去除微弧氧化层外部疏松层的金属置于加热台上加热至待焊接树脂或树脂基复合材料的树脂基体的熔点，待焊接区面朝上，并保持该温度；(4)若进行树脂与金属的焊接，则将被焊接树脂搭接于金属去除疏松层的区域，用超声施加装置的超声头压住金属与树脂搭接区域，使搭接界面处的压强为0.2～1.2MPa，待树脂与金属接触的表面发生热塑性变形后；施加超声，超声时长为1～5s，处理后关闭超声并且加热台停止加热，保压1
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10s，保压过程中对接头进行冷却，冷却速率≥10℃/s，直至接头冷却至室温并且接头中树脂充分固化；然后从加热台上取出焊接后接头，即完成所述的焊接金属与树脂方法；(5)若进行树脂基复合材料与金属的焊接，则将金属加热至树脂熔点后先在待焊接区域铺设一层与树脂基复合材料的树脂基体成分相同的树脂粉末，待树脂粉末熔化后，将树脂基复合材料搭接于去除微弧氧化层外部疏松层的区域，用超声施加装置的超声头压住金属与树脂基复合材料搭接区域，使搭接界面处的压强为0.2～1.2MPa，待树脂基复合材料与金属接触的表面树脂发生热塑性变形；然后施加超声，超声时长为1～5s，超声处理后关闭超声并且加热台停止加热，保压1
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10s，保压过程中对接头进行冷却，冷却速率≥10℃/s，直至接头冷却至室温并且接头中树脂充分固化；然后从加热台上取出焊接后接头，即完成所述的焊接金属与树脂基复合材料方法。2.根据权利要求1所述的一种焊接金属与树脂或树脂基复合材料方法，其特征在于所述的微弧氧化过程中使用的电解液为碱性电解液。3.根据权利要求1或2所述的一种焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：马钟玮，许志武，李政玮，陈姝，闫久春，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：