[发明专利]一种纤维与金属复合的方法

说明书

本发明涉及材料复合技术领域，是一种纤维与金属复合的方法，包括金属构件、纤维、树脂及助剂，复合形式为纤维增强树脂与金属构件紧密结合，主要特征是金属构件表面有大量凹坑、凹槽、孔洞等凹陷或凸柱、凸棱等凸起，大幅增加金属与纤维增强树脂界面结合面积进而增强结合强度，并可通过腔部尺寸大于口部尺寸凹陷或则端部尺寸大于根部尺寸的凸起，形成树脂与金属之间的咬合，进一步加强纤维增强树脂与金属构件的结合。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种纤维与金属复合的方法。

背景技术

以玻璃纤维增强铝合金复合板(GLARE)为代表的纤维增强金属复合材料能发挥纤维和金属材料的各自优点，具有轻质、损伤容限好、耐火、耐蚀等显著优势，是航空航天等行业的高度关注的高性能材料。然而，此类材料的结合界面为树脂-金属，二者物理、化学性质通常差异较大，较难实现界面良好润湿及紧密结合，复合效能难于充分发挥，对表面易于氧化的镁合金等金属，甚至存在界面结合强度低下，难于胜任承力结构等瓶颈问题。突破金属和树脂界面有效结合难题，实现界面强结合，是纤维增强金属叠层复合材料发展中亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述已有技术的问题及不足，提供一种纤维与金属复合的方法。

本发明的技术方案为：一种纤维与金属复合的方法，包括金属构件、纤维、树脂及助剂，复合形式为纤维增强树脂与金属构件表面紧密结合，其特征在于：纤维增强树脂与金属构件结合界面为空间咬合状，结合方式为化学润湿与物理锚固的协同结合，制备方法包括以下步骤：

步骤a1：金属构件成型及表面处理，金属成型为预定形状的构件，依次进行机械和电化学表面处理，在金属表面形成大量凹陷或凸起；

步骤b1：纤维缠绕或预成型，将连续纤维缠绕在金属表面，或者将层叠的纤维织物预成型后贴合在金属表面，获得纤维与金属的预复合件；

步骤c1：终成型，将纤维与金属的预复合件置入终成型模具，注入树脂及助剂，树脂固化后获得纤维增强树脂与金属复合构件。

进一步地，其特征在于步骤a1所述电化学处理为阳极氧化或微弧氧化处理，并在形成的氧化凹陷中同步预填充树脂，具体的步骤为：

步骤a2：机械处理后金属构件表面清洗并烘干，置入氧化电解槽；

步骤b2：根据金属构件性质，配置合适成分的电解液，并在电解液中掺入微纳米树脂粉末，充分搅拌均匀，形成树脂均匀悬浮的有机混合电解液；

步骤c2：利用所制备混合电解液对金属构件进行阳极氧化或微弧氧化处理，金属表面形成氧化凹陷的同时实现有机悬浮颗粒的物理沉淀填充；

步骤d2：氧化处理同步预填充树脂后，对金属构件表面进行清洗和烘干。

进一步地，其特征在于所述的金属为镁合金、铝合金、钢铁或钛合金。

进一步地，其特征在于所述表面处理中的机械处理为塑性变形、铸造、切削或喷丸，其中的塑性变形、铸造表面处理可以在金属构件本体成型中同步完成，所述电化学处理为阳极氧化或微弧氧化，所述凹陷包括凹坑、凹槽或孔洞，所述凸起包括凸柱或凸棱。

进一步地，其特征在于所述凹陷的腔部尺寸大于口部尺寸、凸起的端部尺寸大于根部尺寸或者凹陷、凸起与金属表面的夹角呈5°～89.9°。

进一步地，其特征在于所述的凹陷、凸起的特征尺寸为3微米至金属表面特征尺寸的20％，所述特征尺寸为直径、等体积等效直径或等面积等效直径。

进一步地，其特征在于所述的纤维先预浸树脂和(或)助剂，再进行缠绕或层叠预成型；使用预浸有树脂和(或)助剂的纤维时，后续可减少注入树脂及助剂的量或不再注入树脂及助剂。

进一步地，所述金属构件包括但不限于型材、铸件、异形件，其特征在于根据金属构件的结构特点和性能要求进行纤维增强树脂与金属构件整体表面复合或与金属构件部分表面复合。

进一步地，其特征在于所述的助剂为树脂固化剂、偶联剂、润湿剂、渗透剂、增塑剂、抗老剂、增强剂中的一种或若干种组合。