[发明专利]一种电腐蚀调控碳纤维增强复合材料表面结构与金属钎焊的方法

说明书

一种电腐蚀调控碳纤维增强复合材料表面结构与金属钎焊的方法，它涉及一种碳纤维增强复合材料与金属钎焊的方法。本发明解决现有碳纤维增强复合材料与金属钎焊连接中，连接界面结构不佳与高残余应力所导致的低强度，且在室温下复合材料难以腐蚀的问题。制备方法：一、电腐蚀溶液的制备；二、电腐蚀表面处理；三、钎焊。本发明用于电腐蚀调控碳纤维增强复合材料表面结构与金属钎焊的方法。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强复合材料与金属钎焊的方法。

背景技术

碳纤维因具备高抗拉强度与较好的柔性，被广泛应用于增强陶瓷基体与高分子基体，可充分提高复合材料强度及断裂韧性。碳纤维增强陶瓷或碳纤维增强高分子在热防护与轻量化结构中占据主流应用地位。为满足实际生产需求，复合材料常需与金属进行连接。对于异种材料的连接，钎焊连接技术依靠熔化钎料对母材进行连接，可实现对属性差异较大的材料高效的连接。尽管如此，复合材料与金属的钎焊仍面临连接界面结构不佳及属性差异引起的高残余应力的问题。当钎焊同种金属时，钎料与金属发生冶金反应层及互扩散，无明显界面反应层或界面由大量金属基体组成，当受外载荷时母材金属、界面和钎料层的变形量接近，采用平面连接不会造成应力集中。而对于复合材料与金属的连接，钎料需与复合材料形成化合物反应层以保障连接强度，然而脆性反应层与钎料变形量相差巨大，承载外载荷必定引起应力集中，对于平面连接结构裂纹将沿反应层连续开裂。并且因属性差异萌生的残余应力将集中于反应层处，进一步削弱反应层强度，使得反应层成为接头中的薄弱环节。对复合材料表面结构进行调控进而改善连接界面结构，是提高接头强度的有效途径。

为调控复合材料表面结构，机械加工与激光加工成为最初的选择，可制备孔与沟槽等结构，钎料渗入其中形成钉扎效应，提高连接面积的同时，将反应层界面转为曲折结构。在承受外载荷时复合材料与钎料共同承载，缓解了反应层所承受载荷。然而机械加工面临的问题是加工密集程度有限，结构尺寸较大，反应层仍可发生连续开裂，对残余应力的缓解效果也较为有限；并且机械加工的机械切削力会造成基体或界面处形成微裂纹，严重影响复合材料致密性以及自身强度。而激光加工也同样面临加工尺寸大的问题，并且高热输入对于不同熔点的基体与增强相进行的烧蚀程度不一致，常造成接头前端或周围形成闭孔热裂纹，造成接头强度的大幅削弱。开发细致结构尺寸，避免机械切削力以及热输入的无损表面结构设计方法是急需解决的关键问题。

在对陶瓷材料的腐蚀研究中发现，腐蚀处理可对陶瓷表面结构造成影响。现有在室温调节下利用酸液或碱液对石英纤维增强石英基复合材料进行腐蚀，可溶蚀基体暴露出增强纤维，这是利用了不同材料的腐蚀速率差异而进行的结构调控，可完成纤维层面的结构调控，这种腐蚀的本质在于利用各相腐蚀速率差异对表面结构进行调控。室温腐蚀无需热输入或机械加工，避免了纤维与基体脱附或形成裂纹等问题造成的复合材料自身强度下降。然而对于大多数复合材料，尤其是耐腐蚀陶瓷基或树脂基复合材料，常规酸碱腐蚀难以达到相应的效果。面对应用范围广泛的碳纤维增强复合材料，急需一种室温条件下能有效调控碳纤维增强复合材料的腐蚀方法。

发明内容

本发明要解决现有碳纤维增强复合材料与金属钎焊连接中，连接界面结构不佳与高残余应力所导致的低强度，且在室温下复合材料难以腐蚀的问题，而提供一种电腐蚀调控碳纤维增强复合材料表面结构与金属钎焊的方法。

一种电腐蚀调控碳纤维增强复合材料表面结构与金属钎焊的方法，它是按以下步骤进行的：

一、电腐蚀溶液的制备：

将氧化剂、硬脂酸盐、三聚氰胺及乙二醇溶解于水中，然后在磁力搅拌条件下搅拌均匀，得到电腐蚀溶液；

所述的氧化剂与硬脂酸盐的质量比为1:(0.05～0.2)；所述的氧化剂与三聚氰胺的质量比为1:(0.01～0.1)；所述的氧化剂与乙二醇的质量比为1:(0.1～0.8)；所述的氧化剂与水的质量比为1:(2～15)；

二、电腐蚀表面处理：