一種將光纖光柵嵌入金屬基體制成耐高溫智能金屬結構的方法，先將光纖光柵進行化學鍍結合電鍍對其進行金屬化保護，然后采用化學鍍結合電鍍的方法將光纖光柵嵌入到已在金屬基體表面加工的半圓形凹槽內。其中，化學鍍電鍍前均分別將金屬板無需鍍層的表面粘上絕緣膠布，通過控制電鍍時間，使光纖光柵完全嵌入金屬基體。對嵌入光纖光柵部分多余凸起的電鍍層進行打磨，使其形成完整平面，金屬板恢復加工半圓形凹槽之前的形貌。本發明專利技術采用的化學鍍結合電鍍的方法是在常溫或低溫下進行的，對光纖光柵在嵌入過程中的損壞小；嵌入基體后的光纖光柵抗高溫、抗彎折的能力得到提高，為智能結構的廣泛應用提供了技術支持。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】一種，先將光纖光柵進行化學鍍結合電鍍對其進行金屬化保護，然后采用化學鍍結合電鍍的方法將光纖光柵嵌入到已在金屬基體表面加工的半圓形凹槽內。其中，化學鍍電鍍前均分別將金屬板無需鍍層的表面粘上絕緣膠布，通過控制電鍍時間，使光纖光柵完全嵌入金屬基體。對嵌入光纖光柵部分多余凸起的電鍍層進行打磨，使其形成完整平面，金屬板恢復加工半圓形凹槽之前的形貌。本專利技術采用的化學鍍結合電鍍的方法是在常溫或低溫下進行的，對光纖光柵在嵌入過程中的損壞小；嵌入基體后的光纖光柵抗高溫、抗彎折的能力得到提高，為智能結構的廣泛應用提供了技術支持。【專利說明】
本專利技術涉及一種。
技術介紹
智能結構是具有感知基體結構內部或外部變化，是將傳感、驅動元件和控制系統 集成在基體中的一類結構。目前智能結構的主要研究方向是通過制造技術將傳感器、處理 器和制動器嵌入基體構件中以實現結構智能化。光纖光柵作為一種新型無源傳感器，可以 用作溫度、壓力、應變等物理量的測量。因其具有結構簡單、體積小、重量輕、靈敏度高、抗 電磁干擾、不受光強波動影響等諸多優點，因此將光纖光柵作為傳感器嵌入金屬基體是一 種具有實用價值的制造智能結構的方法。目前對將傳感器嵌入金屬基體的研究存在一些難 題，例如，大部分傳感器采用膠粘在被監測結構表面，由于粘貼所用的有機膠存在易老化、 高溫失效等問題，導致其封裝的傳感器的工程可靠性差。采用燒結等高溫的方法將光纖光 柵嵌入金屬基體過程，光纖光柵易受熱損壞，且高溫熱過程對基體強度有明顯削弱影響。在 重要結構件中嵌入，或表面封裝傳感器進行實時監測有助于監測結構健康，因此在常溫或 較低溫度下將光纖光柵嵌入金屬的方法具有重要意義。目前尚未有采用化學鍍結合電鍍的 方法將光纖光柵嵌入金屬基體的有關研究報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種將光纖光柵嵌入金屬基體制成耐高溫智能金屬結構 的方法，它制造的智能金屬結構具有傳感器嵌入成功率高、易操作，對金屬基體削弱作用 小，嵌入過程對傳感器影響小，所得智能結構使用溫度范圍廣，可在較高溫度下服役等特 點。 本專利技術所述方法包括以下步驟： (1)取一根光纖光柵，光纖光柵成柵部分為裸光柵，表面無任何保護層；在25? 35°C溫度下對其在敏化液中進行敏化，再在活化液中活化，時間分別為10?20min ;然后對 其化學鍍后進行電鍍，根據金屬材料的結構尺寸確定鍍層厚度為20-50 μ m ; 所述化學鍍層和電鍍層分別是銅鍍層或鎳鍍層； (2)取一塊矩形金屬板，在需要嵌入光纖光柵的表面銑削一條直徑為0. 5-1. 0mm 半圓形凹槽； (3)對已加工半圓形凹槽的金屬板進行鍍前預處理，將金屬板無需鍍層的表面粘 上絕緣膠布，將金屬化光纖光柵的光柵部位放入半圓形凹槽，并用膠布把光纖光柵的尾纖 一側靠近半圓形凹槽部分與金屬板緊密結合固定在一起，之后將金屬板水平放置裝有化學 鍍液的容器，半圓形凹槽朝上，化學鍍是化學鍍銅或化學鍍鎳，用恒溫水箱根據不同鍍層 的化學鍍工藝設定控制化學鍍環境溫度：化學鍍銅溫度為20?30°C;化學鍍鎳溫度為85? 90°C，化學鍍時間為3?6h，形成厚度為5?8 μ m的化學鍍層，使光纖光柵與金屬板緊密結 合固定并連通導電； (4)將化學鍍后的金屬板取出，取下絕緣膠布，換新的絕緣膠布重新粘在金屬板無 需鍍層的表面，進行電鍍銅或電鍍鎳，根據不同鍍層的電鍍工藝設定電流大小：電鍍銅溫度 為20?30°C，電流大小為1?3mA ;電鍍鎳溫度為18?45°C，電流大小為6?8mA，電鍍時 間20?30h，使光纖光柵完全嵌入金屬基體； (5)對嵌入光纖光柵部分凸起的電鍍層進行打磨，使其形成完整平面，金屬板恢復 銑削弧形微型槽之前的形貌。 本專利技術中所涉及的敏化液配方為：SnCl2 · 2H20為10g/L，HC1為40ml/L。 本專利技術中所涉及的活化液配方為：PdCl2為(λ 1?(λ 5g/L，HC1為5ml/L。 本專利技術中所涉及的化學鍍銅溶液配方為：CuS04 · 5H20為10g/L，NaKC4H406 · 5H20為 40g/L，NaC03 為 2g/L，NiCl2 · H20 為 lg/L，HCHO 為 20ml/L，NaOH 為 8 ?10g/L。 本專利技術中所涉及的化學鍍鎳溶液配方為：NiS04 · 7H20為25g/L，H3B03為20g/L， C3H602 為 20ml/L，NaH2P02 · 2H20 為 20 ?25g/L。 本專利技術中所涉及的電鍍銅溶液配方為：CuS04為250g/L，葡萄糖為40g/L，H 2S04為 70g/L。 本專利技術中所涉及的電鍍鎳溶液配方為：NiS04 ·7Η20為280g/L，NiCl2 ·6Η20為850g/ L，H3B03 為 358g/L，C12H25S04Na 為 0· 05-0. lg/L。 本專利技術的技術效果是：本專利技術將金屬化的光纖光柵通過化學鍍結合電鍍的方法嵌 入金屬基體，操作簡單，對光纖光柵損壞小，適用于適用于各種結構，且對基體的削弱作用 小，使金屬結構能夠感知工況下的溫度、應力應變的實時變化。傳感器的嵌入過程對金屬基 體的削弱作用小，特別是嵌入過程不涉及高溫加工，對光纖光柵的傳感特性幾乎無影響，這 樣的智能金屬結構非常適合工業應用，可以在惡劣的工況環境下長時間工作。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1為光纖光柵和金屬銅板的化學鍍裝置示意圖； 圖2為光纖光柵和金屬銅板的電鍍裝置不意圖； 圖3為實施例1嵌入光纖光柵的智能金屬的溫度傳感特性曲線； 圖4為實施例2嵌入光纖光柵的智能金屬的溫度傳感特性曲線； 圖5為實施例3嵌入光纖光柵的智能金屬的溫度傳感特性曲線； 圖中：1化學鍍液；2恒溫水箱；3金屬基體；4光纖光柵；5電鍍正極金屬銅板；6電 鍍液；7電鍍電源；8夾持架。 【具體實施方式】 下面將結合附圖和具體實施例對本專利技術做進一步說明： 實施例1 : (1)取一根光纖光柵（中心波長為1540. 032nm)，光柵成柵部分為裸光 柵，表面無任何保護層，按敏化液配方（SnCl2 · 2H20為10g/L ;HC1為40ml/L)、活化液配 方（PdCl2為0. 5g/L ;HC1為5ml/L)分別配制敏化液、活化液，在25°C溫度下對其進行敏化 后活化，時間分別為15min、20min ;然后在90°C溫度時進行化學鍍鎳，再在25°C溫度時進 行電鍍鎳，電流大小為6mA，電鍍時間為20h，使其金屬化層厚度20 μ m ; (2)制備一塊金屬 銅板，在需要嵌入光纖光柵的表面統削一條直徑為0. 5mm半圓形凹槽；（3)如圖1，對已加 工半圓形凹槽的金屬銅板進行鍍前預處理，將金屬銅板無需鍍層的表面粘上絕緣膠布，將 表面鍍鎳的光纖光柵的光柵部位放入半圓形凹槽，并用膠布把光纖光柵的尾纖一側靠近 半圓形凹槽部分與金屬銅板緊密結合固定，按化學鍍銅溶液配方（CuS0 4 · 5H20為10g/L ; NaKC4H406 · 5H20 為 40g/L ;NaC03 為 2g/L ;NiCl2 · H20 為 lg/L ;HCH0 為 2本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種將光纖光柵嵌入金屬基體制成耐高溫智能金屬結構的方法，其特征是：(1)取一根光纖光柵，光纖光柵成柵部分為裸光柵,表面無任何保護層；在25～35℃溫度下對其在敏化液中進行敏化，再在活化液中活化，時間分別為10～20min；然后對其化學鍍后進行電鍍，根據金屬材料的結構尺寸確定鍍層厚度為20?50μm；所述化學鍍層和電鍍層分別是銅鍍層或鎳鍍層；(2)取一塊矩形金屬板,在需要嵌入光纖光柵的表面銑削一條直徑為0.5?1.0mm半圓形凹槽；(3)對已加工半圓形凹槽的金屬板進行鍍前預處理，將金屬板無需鍍層的表面粘上絕緣膠布，將金屬化光纖光柵的光柵部位放入半圓形凹槽,并用膠布把光纖光柵的尾纖一側靠近半圓形凹槽部分與金屬板緊密結合固定在一起，之后將金屬板水平放置裝有化學鍍液的容器,半圓形凹槽朝上，化學鍍是化學鍍銅或化學鍍鎳，用恒溫水箱根據不同鍍層的化學鍍工藝設定控制化學鍍環境溫度：化學鍍銅溫度為20～30℃；化學鍍鎳溫度為85～90℃，化學鍍時間為3～6h，形成厚度為5～8μm的化學鍍層，使光纖光柵與金屬板緊密結合固定并連通導電；(4)將化學鍍后的金屬板取出，取下絕緣膠布，換新的絕緣膠布重新粘在金屬板無需鍍層的表面，進行電鍍銅或電鍍鎳，根據不同鍍層的電鍍工藝設定電流大小：電鍍銅溫度為20～30℃，電流大小為1～3mA；電鍍鎳溫度為18～45℃，電流大小為6～8mA，電鍍時間20～30h，使光纖光柵完全嵌入金屬基體；(5)對嵌入光纖光柵部分凸起的電鍍層進行打磨，使其形成完整平面，金屬板恢復銑削弧形微型槽之前的形貌。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李玉龍，溫昌金，
申請(專利權)人：南昌大學，
類型：發明
國別省市：江西;36
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