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近日，校區(qū)材料科學與工程學院檀財旺教授團隊在金屬與熱塑性復合材料激光焊接領域取得重要研究進展，提出了一種通過化學合成功能性高分子結構定向誘導高密度二次交互作用的界面調控手段，實現(xiàn)焊接接頭強度顯著提升。相關成果以《功能性席夫堿聚合物定向誘導高密度二次交互作用提升TC4/CFRTP激光連接接頭可靠性》（Directionally induced high-density secondary interaction for enhancing the bonding reliability of titanium alloy and CFRTP via functional Schiff base-contained polymer）為題發(fā)表在復合材料領域頂刊《Composites Part B: Engineering》(中科院1區(qū)TOP期刊，影響因子13.1)上。校區(qū)春雁英才計劃入選者博士研究生蘇健暉為第一作者，檀財旺教授、宋曉國教授為論文通訊作者。該項目得到了國家自然科學基金、山東省優(yōu)青、哈工大青年拔尖人才、中車研究院等基金的資助。
近年來，裝備輕量化成為我國工業(yè)制造發(fā)展的必然趨勢?；?/span>“環(huán)保、先進、安全”的設計理念，以碳纖維增強熱塑性復合材料局部替換輕質合金的多材料復合結構，可實現(xiàn)局部減重30-40%，成為裝備輕量化的主要實現(xiàn)形式，在航空航天、軌道交通、汽車、醫(yī)療等輕量化行業(yè)具有廣泛應用前景。熱塑性復合材料和金屬兩種熱物理性能差異巨大的材料直接高強度連接，成為異質材料連接領域的研究熱點。激光連接作為工業(yè)適用性較強的熱連接工藝，通過優(yōu)化工藝窗口及施加界面壓力可使這兩種材料達成可靠連接，但直接連接的接頭強度較低，因此需要界面調控。
針對目前調控機械嵌合機制的微織構引入加工時間長、調控化學鍵合機制的界面鍵合誘導困難等局限，團隊提出根據(jù)金屬及熱塑性復合材料的原子及官能團組成，利用化學合成手段制備功能性席夫堿聚合物，以定向誘導界面高密度二次交互作用的接頭強化設計理念。引入的納米級功能性席夫堿高分子結構在激光連接過程中，對TC4鈦合金內鈦原子與碳纖維增強熱塑性復合材料內極性官能團實現(xiàn)了高密度二次交互作用的定向誘導。通過傅立葉紅外光譜對交互作用進行精確捕捉與鑒定，并通過第一性原理分析，進一步驗證了作用機理及調控的定向性。改性的鈦合金/熱塑性復合材料激光連接接頭性能提升了287%。同時，該技術的成本/效益系數(shù)低于目前界面強化研究領域報道的平均水平，具有較好的市場應用前景，目前已成功制備出工業(yè)可應用的大尺寸構件。該技術為金屬/熱塑性復合材料熱連接界面定向調控提供了新思路，為界面的二次交互作用的定向誘導、鑒定及驗證奠定了理論基礎。
合成的功能性席夫堿聚合物定向調控工藝示意圖及界面作用機理
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111316
