Лазерная обработка титановых сплавов для увеличения прочности клеевого соединения с углепластиком

Титановые сплавы являются трудносклеиваемыми материалами, по причине того, что на их поверхности всегда присутствует тонкая оксидная пленка, препятствующая образованию межатомных и межмолекулярных связей между клеем и подложкой. В силовых конструкциях космических аппаратов (КА) часто используют клеевое соединение титанового сплава с композиционным материалом. Но прочность таких узлов относительно мала по сравнению с механическим соединением. Цель данной работы заключается в увеличении прочности клеевого соединения за счет лазерной обработки рабочей поверхности титанового сплава под склейку. Текстурирование поверхности титанового сплава ОТ-4 проводилось на иттербиевом импульсном волоконном лазере на 4 режимах обработки. Обработанная поверхность склеивалась с углепластиком КМУ-4 по площади 300 мм2 трехкомпонентным клеем ВК-9. Испытание на прочность клеевого соединения проводилось на разрывной машине Eurotest T-50 и показало, что прочность образцов с лазерной обработкой увеличилась более чем на 80 % относительно среднего значения механического шлифования. Наибольшее значение прочности на сдвиг показали образцы с лазерной обработкой № 1 и 3. Это связано с увеличением площади склеивания поверхности, а также механическим запиранием клея в микрорельефе структуры. Увеличение прочности на сдвиг, вызванное лазерной обработкой поверхности, представляет собой смешанный эффект увеличения площади поверхности, механического запирания клея и изменения химического состава поверхности. Химический состав структуры поверхности под воздействием лазерного сканирования постепенно трансформируется из Ti и Ti2O3 в кристаллический TiO2. Характер разрушения клеевого соединения у образцов с лазерной обработкой преимущественно когезионный, но также наблюдались образцы с разрушением материала углепластика, т. е. сдвиговые напряжения в композиционном материале превосходили адгезионную прочность. Влияние предварительной обработки композиционного материала на прочность клеевого соединения в этой работе не рассматривалось.