Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Влияние лазерной обработки поверхности титановых образцов на адгезионую прочность клеевых соединений

Авторы

¹А.В. Гирн, ¹М.С. Руденко, ²В.Б. Тайгин, ¹А.Е. Михеев, ¹Д.В. Раводина

Организации

¹Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнёва
г. Красноярск, Российская Федерация
²АO «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»
г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация

Аннотация

В статье рассматривается прочность клеевых соединений образцов из титановых сплавов ОТ-4, поверхность которых обработана лазерным излучением. В работе представлены результаты анализа зависимости макро- и микрогеометрии полученной поверхности, химического состава, краевого угла смачивания и адгезионной прочности клеевых соединений при сдвиге от режимов лазерной обработки. Целью данной работы является определение оптимальных параметров лазерной обработки для получения высокой прочности клеевых соединений. Полученные результаты можно использовать при склеивании конструктивных элементов космических аппаратов. Исследования проводились на клеевой паре «Титан – Титан». В зависимости от режима обработки были выявлены характерные текстуры поверхности, которые были объединены в группы «В», «К» и «С». Высокоэнергетические режимы лазерной обработки поверхности образцов перед склеиванием приводят к значительному повышению прочностных характеристик клеевого соединения (до 70 %) благодаря увеличению площади склеивающей поверхности и механическому запиранию клея в микрорельефе текстуры образцов. Кроме того, применение данного способа, по сравнению с механическими и химическими методами, значительно повышает производительность обработки поверхности.

Ключевые слова

клеевое соединение, титановый сплав, прочность при сдвиге, лазерная обработка

Список литературы

[1] Сибилева С. В., Каримова С. А. Обработка поверхности титановых сплавов для обеспечения адгезионных свойств (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2013. № S2. С. 25–35.

[2] Allen K. W., Alsalim H. S. Titanium and alloy surfaces for adhesive bonding // J. Adhesion. 1974. vol. 6. pp. 229–237.

[3] Molitor P., Young T. Adhesives bonding of a titanium alloy to a glass fibre reinforced composite material // Int. J. Adhes. Adhes. 2002. vol. 22. pp. 101–107.

[4] Ramani K., Weidner W. J., Kumar G. Silicon sputtering as a surface treatment to titanium alloy for bonding with PEKEKK // Int. J. Adhes. Adhes. 1998. vol. 18. pp. 401–412.

[5] Akram M., Jansen K. M. B., Ernst L. J., Bhowmik S. Atmospheric pressure plasma surface modification of titanium for high temperature adhesive bonding // Int. J. Adhes. Adhes. 2011. vol. 31. pp. 598–604.

[6] Venables J. D. Review: adhesion and durability of metal–polymer bonds // J. Mater. Sci. 1984. vol. 19. pp. 2431–2453.

[7] Nagaoka A., Yokoyama K., Sakai J. Evaluation of hydrogen absorption behavior during acid etching for surface modification of commercial pure Ti, Ti–6Al–4V and Ni–Ti superelastic alloys // Corrosion Science. 2010. vol. 52. pp. 1130–1138.

[8] Smith T. A Surface treatment for Ti–6AI–4V // J. Adhes. 1983. vol. 15. no. 2. pp. 137–150.

[9] Mahoon A. Titanium adherends // Durability of structural adhesives. 1983. P. 255.

[10] Ditchek B. M., Breen K. R., Sun T. S., Venables J. D. Morphology and composition of titanium adherends prepared for adhesive bonding // Proc. 25th Nat. SAMPE Symp. 1980. pp. 13–24.

[11] Assefpour-Dezfuly M., Vlachos C., Andrews E. H. Oxide morphology and adhesive bonding on titanium surfaces // J. Mater. Sci. 1984. vol. 19. pp. 3626–3639.

[12] Суминов И. В., Эпельфельд А. В., Людин В. Б., Крит Б. Л., Борисов А. М. Микродуговое оксидирование: теория, технология, оборудование. М. : Экомет, 2005. 368 с.

[13] Гордиенко П. С., Гнеденков С. В. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов. Владивосток : Дальнаука, 1997. 185 с.

[14] Коломейченко А. В. Технологии повышения долговечности деталей машин восстановлением и упрочнением рабочих поверхностей комбинированными методами с применением микродугового оксидирования : монография. Орел : Орел ГАУ, 2013. 255 с.

[15] Федоров В. А., Белозеров В. В., Великосельская Н. Д. Формирование упрочненных поверхностных слоев методом микродугового оксидирования в различных электролитах и при изменении токовых режимов // Физика и химия обработки материалов. 1991. № 1. С. 87–93.

[16] Fundeanu I., Klee D., Kwakernaak A., Poulis J. A. The effect of substituted poly(p-xylylene) on the quality of bonded joints when used as a primer replacement // Int. J. Adhes. Adhes. 2010. vol. 30. pp. 111–116.

[17] Wang Y., Zhang J., Li K., Hu. J. Surface characterization and biocompatibility of isotropic microstructure prepared by UV laser // Journal of Materials Science & Technology. 2021. vol. 94. pp. 136–146.

[18] Wang Y., Zhang M., Li K., Hu J. Study on the surface properties and biocompatibility of nanosecond laser patterned titanium alloy // Optics and Laser Technology. 2021. vol. 139. doi: 10.1016/j.optlastec.2021.106987.

[19] Molitor P., Young T. Investigations into the use of excimer laser irradiation as a titanium alloy surface treatment in a metal to composite adhesive bond // Int. J. Adhes. Adhes. 2004. vol. 24. pp. 127–134.

[20] Руденко М. С., Марченко С. В., Раводина Д. В., Гирн А. В., Михеев А. Е. Способы повышения адгезии клеевого соединения титанового сплава // Решетневские чтения : материалы XXV Междунар. науч.-практ. конф. Красноярск. 2021. Ч. 1. С. 52–54.

[21] Baburaj E. G., Starikov D., Evans J., Shafeev G. A., Bensaoula A. Enhancement of adhesive joint strength by laser surface modification // Int. J. Adhes. Adhes. 2007. vol. 27. pp. 268–276.

[22] Cassie A. B. D., Baxter S. Wettability of porous surfaces // Faraday Society. 1944. vol. 40. pp. 546–551. doi: 10.1039/tf9444000546.

[23] Patil D., Aravindan S., Wasson M. K., Vivekanandan P., Rao P. V. Fast Fabrication of Superhydrophobic Titanium. 2017. no. 6. doi: 10.1115/1.4038093.

[24] Wang Y., Zhang J., Li K., Hu J. Surface characterization and biocompatibility of isotropic microstructure prepared by UV laser // Journal of Materials Science & Technology. 2021. no. 94. pp. 136–146.

Цитирование данной статьи

Гирн А.В., Руденко М.С., Тайгин В.Б., Михеев А.Е., Раводина Д.В. Влияние лазерной обработки поверхности титановых образцов на адгезионую прочность клеевых соединений // Космические аппараты и технологии. 2022. Т. 6. № 2. С. 90-101. doi: 10.26732/j.st.2022.2.03

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.