檀财旺教授团队研究成果在复合材料领域顶刊《Composites Part B: Engineering》发表

近日，校区材料科学与工程学院檀财旺教授团队在金属与热塑性复合材料激光焊接领域取得重要研究进展，提出了一种通过化学合成功能性高分子结构定向诱导高密度二次交互作用的界面调控手段，实现焊接接头强度显著提升。相关成果以《功能性席夫碱聚合物定向诱导高密度二次交互作用提升TC4/CFRTP激光连接接头可靠性》（Directionally induced high-density secondary interaction for enhancing the bonding reliability of titanium alloy and CFRTP via functional Schiff base-contained polymer）为题发表在复合材料领域顶刊《Composites Part B: Engineering》(中科院1区TOP期刊，影响因子13.1)上。校区春雁英才计划入选者博士研究生苏健晖为第一作者，檀财旺教授、宋晓国教授为论文通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金、山东省优青、哈工大青年拔尖人才、中车研究院等基金的资助。

近年来，装备轻量化成为我国工业制造发展的必然趋势。基于“环保、先进、安全”的设计理念，以碳纤维增强热塑性复合材料局部替换轻质合金的多材料复合结构，可实现局部减重30-40%，成为装备轻量化的主要实现形式，在航空航天、轨道交通、汽车、医疗等轻量化行业具有广泛应用前景。热塑性复合材料和金属两种热物理性能差异巨大的材料直接高强度连接，成为异质材料连接领域的研究热点。激光连接作为工业适用性较强的热连接工艺，通过优化工艺窗口及施加界面压力可使这两种材料达成可靠连接，但直接连接的接头强度较低，因此需要界面调控。

针对目前调控机械嵌合机制的微织构引入加工时间长、调控化学键合机制的界面键合诱导困难等局限，团队提出根据金属及热塑性复合材料的原子及官能团组成，利用化学合成手段制备功能性席夫碱聚合物，以定向诱导界面高密度二次交互作用的接头强化设计理念。引入的纳米级功能性席夫碱高分子结构在激光连接过程中，对TC4钛合金内钛原子与碳纤维增强热塑性复合材料内极性官能团实现了高密度二次交互作用的定向诱导。通过傅立叶红外光谱对交互作用进行精确捕捉与鉴定，并通过第一性原理分析，进一步验证了作用机理及调控的定向性。改性的钛合金/热塑性复合材料激光连接接头性能提升了287%。同时，该技术的成本/效益系数低于目前界面强化研究领域报道的平均水平，具有较好的市场应用前景，目前已成功制备出工业可应用的大尺寸构件。该技术为金属/热塑性复合材料热连接界面定向调控提供了新思路，为界面的二次交互作用的定向诱导、鉴定及验证奠定了理论基础。

合成的功能性席夫碱聚合物定向调控工艺示意图及界面作用机理

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111316