[发明专利]一种增强复合界面连接的纤维金属层板及其制备方法

说明书

本发明涉及一种增强复合界面连接的纤维金属层板及其制备方法，包括金属层板和纤维预浸带层；金属基体表面微结构由类似于人体小肠绒毛结构和壁虎足上刚毛结构的微米级双向波纹和与波纹相连的纳米级腐蚀孔洞组成。该结构可以改善以往传统的纤维金属层板金属基体物理表面处理方式的不足之处，增强金属层板与纤维预浸带之间的复合界面连接性能，解决纤维金属层板在制备及成形过程中容易出现的分层及脱胶问题。本发明借鉴了人体小肠绒毛结构和壁虎足上刚毛结构，利用微米级凸起，在与任何表面接触时可实现大面积分子接触，将微弱的范德华相互作用转化为巨大的粘附力，从而提高金属层板与纤维树脂层之间的复合界面连接性能，有效改善开胶或分层缺陷。

技术领域

本发明涉及板材复合材料技术领域，尤其涉及一种增强复合界面连接的纤维金属层板及其制备方法。

背景技术

与单一的金属材料和传统的纤维复合材料相比较，纤维金属层板具有轻质量和良好的导电性，还具有更高的比强度和比刚度、优良的疲劳和抗冲击性能以及高损伤容限等优点。由于具有优良的综合性能，纤维金属层板是航空航天工业中备受青睐的先进复合材料，其在航空航天领域中的应用，降低了飞行器结构的重量，提高了疲劳寿命。纤维金属层板目前已经成为大型飞机机身、机翼蒙皮结构的重要选择材料之一。另外，随着汽车及轨道交通等工业对材料损伤容限能力以及轻量化程度的要求越来越高，对纤维金属层板类材料的需求也越来越迫切。

金属层板与纤维树脂层之间的开胶或分层是FMLs制备及成形过程中经常出现的缺陷形式。其原因是由于金属层板和纤维树脂层的力学性能差异较大，在制备及成形过程中会导致金属层板与纤维树脂层之间的界面剪切应力增大，从而出现层与层之间的开胶或分层。虽然传统的纤维金属层板金属板物理表面处理方式例如砂纸打磨、钢丝刷打磨、喷砂处理使金属层板表面形成了不规则的锯齿状微观沟壑，增大了金属层板与纤维树脂层之间的接触面积，提升了粘接强度，但是并不能有效地改善纤维金属层板在制备及成形过程中出现的开胶或分层缺陷。因此，通过在金属层板表面设计加工怎样的微结构可以提高属层板与纤维树脂层之间的复合界面连接性能，有效改善开胶或分层缺陷，成为国内外针对FMLs的研究方向之一。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种增强复合界面连接的纤维金属层板及其制备方法，通过借鉴人体小肠的绒毛结构和壁虎足上的刚毛结构，利用微米级的凸起，在与任何表面接触时可以实现大面积分子接触，将微弱的范德华相互作用转化为巨大的粘附力，从而提高金属层板与纤维树脂层之间的复合界面连接性能，有效改善开胶或分层缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种增强复合界面连接的纤维金属层板，包括金属层板和纤维预浸带层；所述金属层板分别设置在纤维预浸带层的上下两侧；所述金属层板与纤维预浸带连接的一侧表面均设置有微米级双向波纹仿生结构，且所述双向波纹的表面均设置有纳米级的腐蚀孔洞；所述微米级双向波纹和纳米级腐蚀孔洞共同组成金属层板表面的微结构。

进一步的，所述微米级双向波纹仿生结构采用正弦函数或余弦函数的形式设置，与人体小肠的绒毛结构和壁虎足上的刚毛结构相似。

进一步的，所述微米级双向波纹的波峰和波谷在金属层板的表面上呈均匀规则的点阵式排列。

进一步的，所述微米级双向波纹的波峰和波谷的大小、密度由金属层板与纤维预浸带的复合界面连接性能确定，并通过改变正弦函数或余弦函数的振幅和频率来进行调节。

进一步的，所述金属层板的材料为高强钢或不锈钢或铝合金或镁合金或钛合金。

进一步的，所述纤维预浸带的材料为芳纶纤维或玻璃纤维或碳纤维或石墨纤维或含硼纤维或晶须。

进一步的，所述纤维金属层板包括结构设计和铺层设计；根据承载要求，按金属层/纤维层数可制造n/(n-1)结构的层板，其中n≥2；根据每层纤维预浸带的纤维方向可以进行铺层设计，纤维方向为0°或±45°或90°。