[发明专利]金属和碳纤维复合材料的连接方法

说明书

本发明涉及一种金属和碳纤维复合材料的连接方法，在金属层实施双电极点焊方法，采用铜电极，其接触端直径6‑10mm，施加压力为0.8‑3kN，电极间距为40‑70mm，电极通电电流4‑8kA，通电时间200‑350ms，可连接厚度5mm以内的材料。

技术领域

本发明涉及金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，属于焊接技术领域，特别是涉及一种金属和碳纤维增强复合材料的异种材料的连接方法。

背景技术

得益于高强度、高韧性和轻量化的优势，碳纤维增强复合材料在航空、航天、汽车、机械和建筑等领域的应用前景广泛。在航空、汽车等领域已有部分应用。但目前，碳纤维材料的加工技术，特别是与其它结构金属的连接技术是制约其工业应用的最大。

碳纤维材料与目前大量采用的金属材料的焊接也是主要难题。金属材料大量应用的电弧连接方法不适用于碳纤维材料。要解决碳纤维材料的规模化应用，其与金属材料的焊接难题需要解决。

只有解决金属和碳纤维增强复合材料的连接问题，才能解决碳纤维增强复合材料的大规模工业应用难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，连接接头的抗拉剪切力可达15MPa以上，可完成厚度5mm内金属和碳纤维增强复合材料板的连接。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

金属和碳纤维复合材料的连接方法，在金属层实施双电极电阻点焊方法，采用铜电极，其接触端直径6-10mm，施加压力为0.8-3kN，电极间距为40-70mm，电极通电电流4-8kA，通电时间200-350ms；

金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，在与碳纤维复合材料接触的金属一侧进行硅烷耦合处理；

金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，1200≤电流(kA)×通电时间(ms)≤2400。

技术说明如下：

金属和碳纤维复合材料的连接方法，在金属层实施双电极电阻点焊方法，采用铜电极，其接触端直径6-10mm，施加压力为0.8-3kN，电极间距为40-70mm，电极通电电流4-8kA，通电时间200-350ms；

由于碳纤维材料不通电，因此需要在金属侧实施双电极以实现通路。电焊选用铜材料。考虑到连接材料金属和碳纤维的强度级别，以及金属板规格、熔点等特性，电极材料与金属板接触端的直径为6-10mm。当直径≤6mm时，不利于导电；当直径≥6mm时，会降低电流密度、不利于在金属板和碳纤维材料之间形成局部的融合点，降低结合强度。因此，优选电极接触端直径是6-10mm。

给电极施加压力是0.8-3kN。

当压力≤0.8kN时，不利于两块板界面处的结合；当压力≥3kN时，会导致结合界面处形成的非晶层或者金属化合物层产生裂纹等缺陷，同样不利于结合质量和抗剪切强度。因此，优选电极压力是0.8-3kN。

电极间距为40-70mm。

电极间距可以控制通电回路的电压和电流密度，从而影响异种材料结合界面处的温度状态。当间距≤40mm时，两个电极受压力点距离太小，会影响界面结合处的受力和温度，影响结合质量；当间距≥70mm时，影响通路的电流状态、以及受力状态，同样不利于结合质量。因此，优选电极间距是40-70mm。

电极通电电流4-8kA。

通电电流直接决定了电流密度，并与通电时间共同决定了金属和碳纤维材料结合处的温度。当电流≤4kA时，不足以熔化结合界面处的碳纤维材料，不能够形成有效焊点；当电流≥8kA时，会显著增加结合界面处的温度，容易造成过热、并降低结合强度。因此，优选电流是4-8kA。

通电时间200-350ms；