日本東北大學(xué)發(fā)表無需粘合劑即可實現(xiàn)CFRP/鈦合金高強(qiáng)度接合的研究成果
在航空航天行業(yè)，由于增材制造（AM）備受關(guān)注，特別是碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）和金屬的多材料化是利用 3D 打印技術(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)件重量減輕和增加 AM 附加值的關(guān)鍵問題。東北大學(xué)研究生院工學(xué)研究科和流體科學(xué)研究所于2022年5月26日宣布，與JAMCO株式會社共同開發(fā)了在3D積層造型的金屬基板上直接壓接CFRP的接合材料，表現(xiàn)出與當(dāng)前粘接劑接合同等以上的剪切粘接強(qiáng)度。
東北大學(xué)工程研究生院白須圭一副教授、水谷正義副教授、流體科學(xué)研究所大林茂教授等與JAMCO株式會社的聯(lián)合研究小組，在研究中采用選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）方式，在鈦合金板的表面3D打印圓柱狀突起造型，圓柱狀突起的表面結(jié)構(gòu)能夠有效地將剪切載荷傳遞到壓接的CFRP上。將CFRP預(yù)浸料插入經(jīng)過3D打印造型處理的鈦合金板和CFRP板之間，一邊加熱一邊壓接，成功制造了CFRP/鈦合金接合材料。CFRP板和圓柱狀突起通過插在其中的CFRP預(yù)浸料接合在一起，從而抑制了CFRP/鈦合金界面處的斷裂（界面剝離），剪切粘接強(qiáng)度20.6MPa，這一數(shù)字與將CFRP壓接在市售的鈦合金板上的接合體相比提高了64%。實現(xiàn)了與當(dāng)前粘合劑粘接同等或更高的水平。
本研究是日本國家新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的領(lǐng)先研究計劃“開發(fā)多材料3D粘接和最佳成型技術(shù)，實現(xiàn)比航空領(lǐng)域現(xiàn)有粘接更高的可靠性”的成果。
根據(jù)CFRP的形狀和特性，對金屬表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合本項目成果，將來有望實現(xiàn)實用構(gòu)件的多材料化，同時獲得兼顧設(shè)計靈活性和材料特性的產(chǎn)品制造技術(shù)，在實現(xiàn)輕量化的同時，顯著減少加工廢料和能源消耗的產(chǎn)生。
