Наскоро екип от изследовател Yang Shanglu от Шанхайския институт по оптика и прецизни машини (SIPM) на Китайската академия на науките (CAS) постигна нов напредък в лазерно подпомаганото свързване на хетерогенни съединения на композитни материали метал-въглеродни влакна в R&D Center на лазерна интелигентна технология за производство. Екипът използва регулируем правоъгълен полупроводников лазер с плосък връх като източник на топлина, за да реализира свързването на високоякостна стомана и композити от въглеродни влакна на базата на термопластична смола, изясни връзката между термичната история на повърхността на хетерогенните материали, механизма за оформяне на повърхността , и съвместното представяне, и предложи нов тип стратегия за процес на въвеждане на лазерна топлина. Резултатите от свързаните изследвания са обобщени като „Ефект на междуфазната термична история върху механизма на свързване на лазерно подпомагано свързване на QP980-CFRTP с регулируем правоъгълен лазерен лъч с плосък връх“, публикуван в Composite Structures.
Разработването на високоефективни хибридни структури със системи от много материали е нарастваща тенденция в космическата индустрия. Термопластичните композити, подсилени с въглеродни влакна (CFRTP), имат висока специфична якост и издръжливост и могат да бъдат хибридизирани с метали, за да задоволят изискванията както за структурно олекотяване, така и за контрол на разходите. Поради огромната разлика във физикохимичните свойства между металите и композитите, съществуващите методи за свързване на различни материали са неадекватни и има спешна нужда от разработване на нови процеси на свързване с високо качество и ефективност.
Екипът изследва междуфазната термична история на процеса на свързване с помощта на лазер, анализира температурното състояние на матрицата от смола и нейното поведение при омокряне върху металната повърхност и сравнява ефектите на различни междуфазови термични истории върху междинни дефекти на свързване, химични състави, фуги силни страни и поведение при неуспех. Чрез метода за проектиране на междинна термична история и регулиране на процеса на лазерно термично въвеждане се реализират ограничаващата междинна температура и достатъчно време на задържане, което помага на матрицата на смолата да се стопи и дифундира напълно върху металната повърхност, да запълни микропорите на интерфейса и да насърчи химическо свързване, което води до висококачествена връзка с пиково натоварване по-високо от 10 kN и якост на срязване по-висока от 22 MPa. Резултатите от свързаните изследвания имат широк спектър от перспективи за приложение в космическото пространство и други свързани области.
Фигура 1. Лазерно подпомаган процес на свързване, ултрабърза лазерна повърхностна обработка на структура и мониторинг на термичната история на интерфейса
Фигура 2. Връзка между междинната термична история и поведението на смола при намокряне върху металната повърхност
