碳纤维连续阳极氧化处理及其机理的研究

本文采用自制的阳极氧化处理设备,分别以NH_4HSO_4、NaClO、NaOH、HNO_3为电解质,对碳纤维进行了表面处理。实验结果表明:经过上述处理的碳纤维其环氧基复合材料的层间剪切强度(ILSS)均有较大提高,抗拉强度略有提高,耐冲击性能下降。本文还利用X—射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)等现代分析手段对碳纤维经阳极氧化处理前后的表面元素及官能团种类、含量,碳纤维表面形貌、复合材料的断口形貌进行了分析和研究。     

国产T800级碳纤维/环氧树脂复合材料湿热性能

采用扫描电镜、红外图谱分析三种国产T800级碳纤维的物理形貌以及表面上浆剂的化学结构。针对三种国产T800级碳纤维(CCF800)/环氧树脂复合材料在湿热环境下的吸湿行为,研究经不同时间湿热和高温环境下处理后的层间剪切性能,并通过扫描电镜观察湿热处理后的复合材料界面结合状态。结果表明:三种国产T800级碳纤维表面物理形貌相同,而表面化学结构存在一定差异;三种碳纤维环氧复合材料的"饱和"吸湿周期相同,约为54 d,95%饱和吸湿周期也相同,约为30 d;而饱和吸湿量存在明显差异,其中3号纤维上浆剂中由于羟基含量最高,导致其环氧树脂基复合材料吸湿率最高,在高温高湿作用下,层间剪切强度下降最为明显。     

碳纤维增强可溶性聚芳醚树脂基复合材料的表面与界面

首次对碳纤维增强含二氮杂萘酮联苯型聚芳醚砜酮(PPESK)基高性能热塑性树脂基复合材料的界面进行了研究。采用空气冷等离子体处理方法对碳纤维表面进行处理。用XPS测试分析了不同等离子体处理时间对CF-原丝表面元素组成的影响及其变化规律。用FT-IR测试分析了经等离子体处理前后碳纤维表面的官能团的变化。采用动态接触角测试分析了不同处理时间下,碳纤维浸润性的变化规律,进一步分析了复合材料界面的粘结机理。采用AFM测试分析等离子体处理时间对碳纤维表面粗糙度的影响。利用ILSS测试方法表征了碳纤维/PPESK复合材料的层间剪切强度,确定了最佳的等离子体处理条件。利用SEM观察了碳纤维/PPESK树脂基复合材料的层间剪切破坏形貌。结果表明:对碳纤维的最佳的等离子体处理条件为:处理功率200W,处理时间15m in。在这一条件下处理碳纤维,复合材料的ILSS值最达可提高13.5%。经过适当的等离子体处理后,碳纤维表面的极性基团的含量、浸润性能和粗糙度均得到改善,增强纤维与树脂基体间界面的粘结性能得到提高,从而提高了复合材料的力学性能。     

HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的湿热行为

通过对低温固化HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料进行不同湿热环境处理以及3次循环吸湿-脱湿处理,研究其湿热行为。结果表明:复合材料在70℃水浸以及70℃/95%RH两种环境吸湿31 d饱和吸湿率分别为0.71%和0.11%,说明该低温固化氰酸酯树脂基复合材料有很好的耐湿热性;研究复合材料的循环吸湿-脱湿行为,发现复合材料在70℃水浴锅中第1次水浸10 d的吸湿率为0.69%,尚未达到饱和,而第2、3次水浸10 d后的吸湿率分别提高到0.72%和0.74%;复合材料的层间剪切强度随着循环次数的增加,降低更为明显,经过3次循环吸湿-脱湿之后试样的层间剪切强度较干态试样降低了50.77%,连续吸水60 d的试样层间剪切强度较干态试样降低了58.98%。     

碳纤维表面状态对C/C复合材料性能影响的研究

用两种经高温处理的碳纤维织物,以酚醛树脂作为基体先驱体,制备了二维C／C复合材料。通过扫描电镜（SEM）,X－射线光电子能谱（XPS）研究了两种碳纤维（TCF和JCF）的表面状态,测试了C／C复合材料（TCC和JCC）的层间剪切强度,拉伸性能,SEM观察表明,TCF及JCF表面都有沟槽,但TCF横断面呈腰子形非圆形,XPS分析表明TCF表面含氧官能团数量多,力学测试结果为：TCC层间剪切强度（ILSS）高于JCC,达到16．1MPa;TCC拉伸强度,模量均高于JCC,而JCC断裂延伸率达1．1％,是TCC的3倍,拉伸断口SEM分析表明,TCC断口平整,无纤维拔出,呈脆断,JCC断口有纤维拨出,是纤维控制的多层基体断裂。     

钛合金阳极氧化膜的XPS研究

利用XPS分析了TCA钛合金经阳极氧化处理后,表面氧化膜的成分和结构及其随深度的变化.研究表明,钛合金阳极氧化膜表面为单一的TiO_2,并以晶态和非晶态的形式存在于氧化膜中.随着氧化膜厚度的增加,内部氧化越来越不充分,TiO_2的含量减少,并逐渐出现Ti:O_3、TiO;并且阳极氧化处理明显增厚了表面氧化膜.     

环保型镁合金阳极氧化工艺研究

利用正交实验方法对AZ91D压铸镁合金环保型阳极氧化成膜工艺进行了研究.结果表明环保型阳极氧化成膜工艺能在镁合金上形成银灰色的氧化膜层,所得膜层的综合耐蚀性能优于传统含铬工艺DOW17所成的膜;阳极化膜层的主要成分是MgO和Mg3B2O6;膜层具为多孔结构,孔径较均匀;膜层的成分和结构是影响膜层耐蚀性能的主要因素.     

碳纤维表面处理及其对碳纤维／聚芳基乙炔复合材料力学性能的影响

聚芳基乙炔(PAA)是一种新型的热防护材料,但PAA为非极性树脂,作为基体材料使用时存在着化学结构惰性,不易润湿增强体———碳纤维(CF)的缺点。为此,本工作对CF采用表面氧化处理后接枝丙烯酸的改性方案,研究与非极性基体相匹配的界面特性。结果表明,阳极氧化处理增加了纤维表面的极性官能团,提高了与丙烯酸的接枝反应能力,从而在碳纤维表面引入了与PAA相似的双键结构,有利于改善CF/PAA复合材料的界面结合,使碳纤维 /PAA复合材料的力学性能大幅度提高。     

钛合金新型阳极氧化工艺参数影响规律研究

通过分析研究钛合金新型阳极氧化溶液浓度、电流密度、电压、频率、占空比、溶液温度、处理时间、阴阳极面积比、搅拌强度等工艺参数对钛合金阳极氧化工艺影响规律,正交优化选取最佳配方及参数,获得了新型钛合金阳极氧化工艺实验室最佳溶液配方和工艺参数.     

超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维混杂复合材料研究

研究了在层内和层间两种混杂方式下,T300与表面处理前后的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维混杂复合材料的弯曲强度和ILSS的变化,结果表明层间混杂复合材料的黏结性比层内混杂好。在相同的混杂方式下,采用未处理的DC88纤维、合成的VE树脂,混杂复合材料的ILSS比E 51体系提高25%以上。采用VE树脂和处理后DC88/T300层间混杂,控制含胶质量在40%时,ILSS达到42.5MPa,是未处理的DC88/E 51体系的ILSS的5倍。混杂复合材料密度在1.12～1.24g/cm³之间,在航空航天结构材料减重上有良好的应用前景。     

氢氧化钠浓度对镁合金阳极氧化的影响

采用电压-时间曲线、全浸腐蚀实验、极化曲线法、X射线衍射法(XRD)、扫描电镜(SEM)和能量色散谱仪(EDS)等方法研究了AZ91D镁合金在含不同浓度氢氧化钠溶液中的阳极氧化行为和膜层的成分、结构。结果表明,在本研究给定工艺中,AZ91D镁合金的阳极氧化过程可分为三个阶段:电火花出现之前的致密层生成阶段,少量小电火花出现的多孔层生成阶段,出现较大电火花的多孔膜层稳定生长阶段。阳极氧化过程中,随着NaOH浓度的升高,出现电火花的时间缩短,出现电火花的电压值降低,阳极氧化膜表面的颗粒变小、孔隙率减小,膜层厚度减小;阳极氧化膜的主要组成是MgO,并含有少量的Mg3B2O6;NaOH浓度对阳极氧化膜耐蚀性影响较大,当NaOH浓度为40g/L时,膜层的耐蚀性能最好。     

不同阳极氧化工艺对铝制件疲劳强度的影响

研究了硫酸阳极氧化和铬酸阳极氧化工艺对LY12CZ板材、LC9CS棒材在中值寿命区疲劳强度的影响。结果表明，两种阳极氧化工艺对铝制件的疲劳强度都有影响，但硫酸阳极氧化对铝制件疲劳强度的影响比铬酸阳极氧化要大。     

碳纤维表面特征对碳/环氧复合材料界面性能影响研究

为了研究碳纤维表面特征与碳/环氧复合材料界面剪切强度的定量关系。采用扫描电子显微镜、比表面积分析仪、X射线光电子能谱仪对T800级碳纤维表面形貌、比表面积和表面化学特征进行了测试表征,并使用微珠脱粘法测试了复合材料的界面剪切强度（IFSS）。基于碳纤维比表面积测试结果,引入真实界面面积的概念,重点分析了界面面积和化学特征对IFSS的影响机理和规律。结果表明,不同表面状态的T800级碳纤维比表面积存在明显差异,两种除浆方法处理的碳纤维比表面积相差25.4%。消除界面面积影响的真实界面剪切强度（IFSS’）与碳纤维表面氧碳比呈现出较好的线性相关性,R2达到了0.94。反映出提高碳纤维比表面积和表面氧碳比是改善复合材料界面性能的有效手段。同时,也为定量研究碳纤维表面物理和化学特征对复合材料界面性能的影响提供了一种新的分析思路。     

探针对AFM阳极氧化加工的影响研究

利用原子力显微镜AFM进行阳极氧化纳米刻蚀加工的实质是电场作用下发生下的电化学反应,探针是影响氧化加工重要的因素。在氧化加工过程中,探针曲率半径的大小和与样品表面的相对位置影响了表面电场的分布,从而影响了氧化物的结构。由于氧化及磨损的影响,探针会失效,而碳纳米管针尖的氧化加工可以获得更高精度的纳米结构。     

钛合金阳极氧化膜厚度检测方法探讨

通过分析钛合金阳极氧化膜的特点及其厚度变化规律,对比分析了各种氧化膜厚度检测方法的优缺点,指出各种检测方法的适用范围。     

阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响

采用电化学阳极氧化技术在含NH4F的乙二醇电解液中对TiAl合金进行阳极氧化处理。研究阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响。结果表明:由于“卤素效应”,阳极氧化处理的TiAl合金经高温氧化后表面形成致密、连续的Al₂O₃氧化膜,有效阻止了氧的内扩散,进而显著提高合金的抗高温氧化性能。经1000℃氧化100 h后,阳极氧化试样增重由未经阳极氧化处理试样的85.86 mg/cm²降至0.67 mg/cm²。另一方面,阳极氧化TiAl合金表面硬度和弹性模量随高温氧化时间延长呈先降低后升高的趋势。阳极氧化TiAl合金在高温服役后,合金的摩擦系数较未经阳极氧化处理试样上升,但表面耐磨性先降低后升高。这是由于TiAl合金经阳极氧化后,表面形成了一层富铝含氟氧化膜,由于氧化膜中F元素在高温氧化过程中与Ti、Al结合形成卤化物,卤化物蒸气选择性扩散在原始氧化膜处形成致密的Al₂O₃保护膜。阳极氧化对TiAl合金力学性能的影响主要是由于氧化膜中Al₂O₃的含量变化所致。     

碳纤维表面特征对碳/环氧复合材料界面性能的影响

为了研究碳纤维表面特征与碳/环氧复合材料界面剪切强度的定量关系.采用扫描电子显微镜、比表面积分析仪、X射线光电子能谱仪对T800级碳纤维表面形貌、比表面积和表面化学特征进行了测试表征,并使用微珠脱粘法测试了复合材料的界面剪切强度(IFSS).基于碳纤维比表面积测试结果,引入真实界面面积的概念,重点分析了界面面积和化学特...     

铝和铝合金宽温快速阳极氧化

分析了铝和铝合金阳极氧化成膜机理,通过添加有机酸、丙三醇等拓宽了阳极氧化允许工作温度范围,对提高工效、降低成本、保证质量有较好效果。