聚合物-金属部件的激光复合连接技术



聚合物-金属部件的激光复合连接技术

网址：http://spiedigitallibrary.org/ ss/Terms of use.aspx

作者：J. Rauschenberger et al

编译：王迪

目前，工业产品制造中广泛应用聚合物或聚合物基复合材料代替全金属材料，以改善产品的性能。汽车行业应用聚合物的部件有车门模块、座椅、仪表板和保险杠横梁等。由于聚合物或聚合物基复合材料能提供较好的性能（如高强度/质量比、更好的耐腐蚀性），并能降低制造成本，因此为实现产品在整个生命周期内对环境影响小，以及降低原材料和能源消耗的目标，聚合物-金属混合应用材料正在以很快的速度代替全金属结构材料，但是聚合物与金属的连接却成为较为关注的问题。

目前，最新的聚合物与金属的连接技术为激光复合连接技术。为了进行激光复合连接试验，本文选择的复合材料为4种聚合材料：甲基丙烯酸甲酯丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺、聚丙烯和聚碳酸酯。聚合物测试样品的尺寸为80mm×30mm。激光复合连接技术工作原理为：将带有一定纹理的辊工具对金属表面进行加工，使金属表面呈现出相应的纹理，该纹理可以提高材料的粘附阻力，能在大量金属片上均匀产生搭扣式结构，此时通过激光熔化（SLM）将施加到金属表面的金属粉末融化，此时一种新的材料层被施加并连接到预先制造的表面上，可以实现金属和聚合物的结合。

该激光复合连接技术需要600W的激光功率，激光头产生的线光束聚焦长20mm，宽1mm，可提供31W/mm2强度的激光，而且过程中还使用特性夹紧装置与气动气缸，该夹紧装置能施加900N的恒定力。通过试验证明，该激光复合连接技术能大大增加金属表面的机械阻力并将金属材料和复合材料紧密结合起来。