Kürzlich hat ein Forscherteam um Yang Shanglu vom Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) im Forschungs- und Entwicklungszentrum neue Fortschritte bei der lasergestützten Verbindung heterogener Verbindungen von Metall-Kohlefaser-Verbundwerkstoffen erzielt der laserintelligenten Fertigungstechnologie. Das Team verwendete einen abstimmbaren rechteckigen Halbleiterlaser mit flacher Oberseite als Wärmequelle, um die Verbindung von hochfestem Stahl und Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen auf der Basis thermoplastischer Harze zu realisieren, und klärte die Beziehung zwischen der thermischen Grenzflächengeschichte der heterogenen Materialien und dem Grenzflächenformungsmechanismus auf , und die gemeinsame Leistung, und eine neue Art von Laser-Wärme-Eintragsprozessstrategie vorlegen. Die entsprechenden Forschungsergebnisse sind zusammengefasst als „Auswirkung der thermischen Grenzflächengeschichte auf den Bindungsmechanismus der laserunterstützten Verbindung von QP980-CFRTP mit einstellbarem, flachem, rechteckigem Laserstrahl“, veröffentlicht in Composite Structures.
Die Entwicklung leistungsstarker Hybridstrukturen mit Multimaterialsystemen ist ein wachsender Trend in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe (CFRTPs) weisen eine hohe spezifische Festigkeit und Zähigkeit auf und können mit Metallen hybridisiert werden, um sowohl strukturelle Leichtbau- als auch Kostenkontrollanforderungen zu erfüllen. Aufgrund der enormen Unterschiede in den physikalisch-chemischen Eigenschaften von Metallen und Verbundwerkstoffen sind die bestehenden Methoden zum Verbinden unterschiedlicher Materialien unzureichend und es besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung neuer Verbindungsprozesse mit hoher Qualität und Effizienz.
Das Team untersucht den thermischen Grenzflächenverlauf des laserunterstützten Fügeprozesses, analysiert den Temperaturzustand der Harzmatrix und ihr Benetzungsverhalten auf der Metalloberfläche und vergleicht die Auswirkungen verschiedener thermischer Grenzflächenverläufe auf Verbindungsdefekte, chemische Zusammensetzungen und Verbindungen an der Grenzfläche Stärken und Fehlerverhalten. Durch die Entwurfsmethode für die Grenzflächen-Wärmegeschichte und die Regelung des Laser-Wärmeeingangsprozesses werden die Grenzgrenzflächentemperatur und eine ausreichende Haltezeit erreicht, die dazu beitragen, dass die Harzmatrix vollständig auf der Metalloberfläche schmilzt und diffundiert, die Mikroporen an der Grenzfläche füllt und das fördert chemische Bindung, was zu einer hochwertigen Verbindung mit einer Spitzenlast von mehr als 10 kN und einer Scherfestigkeit von mehr als 22 MPa führt. Die damit verbundenen Forschungsergebnisse haben vielfältige Anwendungsaussichten in der Luft- und Raumfahrt und anderen verwandten Bereichen.
Abbildung 1. Laserunterstützter Fügeprozess, ultraschnelle Laseroberflächenbehandlungsstruktur und Überwachung des thermischen Verlaufs der Schnittstelle
Abbildung 2. Zusammenhang zwischen der thermischen Vorgeschichte der Grenzfläche und dem Benetzungsverhalten des Harzes auf der Metalloberfläche
