مواد و ساخت پیشرفته

با افزایش نگرانی‌­ها در مورد مشکلات جهانی انرژی و آب و هوا، توسعه سازه­ های سبک وزن به یک موضوع مهم در سراسر جهان برای کاهش مصرف انرژی و انتشار CO2 تبدیل شده است. در صنعت خودرو، یکی از استراتژی­ های موثر برای کاهش وزن خودرو، استفاده از آلیاژهای غیرآهنی (Al، Mg یا Ti) یا کامپوزیت­های پایه پلیمر برای ساخت اجزای خاص خودرو است. به عنوان مثال، پلاستیک­‌های تقویت­ شده با الیاف کربنی (CFRP[1])، با مزایای چگالی کم و استحکام بالا، به تدریج به عنوان مکمل مواد فلزی برای توسعه ساختار سبک وزن انتخاب می­شوند. با این حال، بدنه کامل CFRP به دلیل هزینه فوق‌العاده بالای این مواد، همراه با معایب دمای ذوب پایین، ضریب انبساط حرارتی بالا، و مقاومت فشاری کم و غیره، هنوز کمیاب است. بنابراین، در بیشتر کاربردهای عملی، CFRP عمدتاً برای جایگزینی جزئی آلومینیوم یا فولاد اصلی برای کاهش وزن کلی وسیله نقلیه بدون به خطر انداختن ایمنی مسافر استفاده می‌شود. علاوه بر آن، فولاد دوفازی پرمصرف­ترین فولاد با مقاومت بالا در بدنه خودرو می­باشد. در این فولادها، با بازپخت در یک محدوده دمای بحرانی برای تشکیل مخلوط فازی فریت-آستنیت و سپس سرد شدن سریع برای تبدیل آستنیت به مارتنزیت، توزیع مناسب فریت و مارتنزیت و در نتیجه خواص مکانیکی خوبی به دست می‌آید. از بین فولادهای دوفازی، فولاد دوفازی DP590 به دلیل استحکام بالاتر و هزینه کمتر، مورد توجه گسترده­ای از خودروسازان قرار گرفته است. بنابراین، بر اساس ایده سبک وزن شدن محصولات، توسعه تکنیک­ های اتصال موثر برای فولاد CFRP و DP590 به منظور استفاده کامل از مزایای این دو ماده بسیار اهمیت دارد. اتصال چسبی به طور گسترده­ای در اتصال بین فولاد و پلاستیک­های تقویت­شده با فیبر کربن (CFRP) استفاده می شود، در حالی که ویژگی­های سطح فولاد تأثیر قابل توجهی بر استحکام اتصال دارد.

در بررسی‌­های اخیر، برای بهبود پیوند چسب بین فولاد DP590 و CFRP، اصلاحات سطحی فولاد با عملیات سطحی لیزری با نرخ همپوشانی مختلف لیزر و جریان پالس اعمال و بررسی شده است. به همین منظور، تکامل مورفولوژی سطح، زاویه تماس، انرژی سطح و ترکیب شیمیایی سطح فولاد DP590 پس از عملیات لیزری با پارامترهای مختلف نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج این بررسی نشان داده است که زبری سطح، انرژی سطح و مولفه قطبی انرژی سطح پس از عملیات سطحی لیزری، ارتباط نزدیکی با استحکام پیوند سطحی بین فولاد و چسب دارد. به طور خاص، جریان پالس بالاتر می­تواند زبری سطح فولاد را افزایش دهد، که زاویه تماس را کاهش داده و انرژی سطح را بهبود می­‌بخشد، بنابراین نه تنها منجر به اثر درهم­تنیدگی مکانیکی بهتر می­شود، بلکه ترشوندگی سطح چسب به سطح فولاد را نیز بهبود می­بخشد. علاوه بر آن، هنگامی که 50 درصد نقاط لیزر با هم همپوشانی دارند، ترشوندگی سطح بیشتر بهبود می‌­یابد. همچنین در این مطالعه نشان داده شده است که استحکام اتصالات فولاد-CFRP به‌دست‌آمده با چسب اپوکسی E-120HP و چسب پلی‌اورتان PU6700 به‌طور قابل‌توجهی با عملیات لیزری افزایش می­یابد.

در نهایت نتایج این بررسی می­تواند راهنمای فنی و تئوری خوبی برای عملیات سطحی لیزری به منظور ساخت ساختارهای هیبریدی فلز-پلیمر با کارایی بالا با اتصال چسب ارائه دهد.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0030399222011483