制備多層復合材料的方法、設備和結構阻尼復合材料技術

本發明專利技術提供了一種制備多層復合材料的方法和設備以及采用該方法和設備所得到的結構阻尼復合材料。制備過程包括以下步驟：1)以基體層為陰極，以作為第一結構層來源的第一電極為陽極，利用電火花沉積加工將第一電極沉積到基體層的表面并形成第一結構層；2)以作為第二結構層來源的第二電極為陽極，利用電火花沉積加工將第二電極沉積到第一結構層的表面并形成第二結構層。當所述第一結構層和第二結構層分別為由阻尼材料構成的第一阻尼層和第二阻尼層，所得多層復合材料為結構阻尼復合材料。上述方法所使用的設備的控制機構包括控制電極進給運動的機構和控制電極夾持部夾取或更換電極的機構。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于材料領域，具體涉及一種制備多層復合材料的方法以及該方法所使用的設備，還涉及采用該方法和設備所獲得的結構阻尼復合材料。
技術介紹
在機械設備高效、自動化及大規模應用的同時，由于機械設備產生的振動會嚴重影響儀器的精度、穩定性及引起結構疲勞，產生的噪音也會危害周圍人員的健康。因此研發同時具有減振降噪及力學性能優良的材料對民用、軍用和航空航天工業有重大意義，阻尼材料由此產生。阻尼材料按特性分為3類：1)橡膠和塑料阻尼板：應用較多的有丁基、丙烯酸酯、聚硫、丁腈和硅橡膠、聚氨酯、聚氯乙烯和環氧樹脂等，這類材料可以滿足-50～200℃圍內的使用要求；2)橡膠和泡沫塑料：應用較多的有丁基橡膠和聚氨酯泡沫，通過控制泡孔的大小、通孔或閉孔等方式達到吸聲的目的；3)高阻尼合金：應用較多的是Zn-Al系合金、Mg合金、Fe-Cr系合金、Mn-Cu系合金等，阻尼性能在很寬的溫度和頻率范圍內基本穩定。為了提高結構材料的阻尼性能，可將結構材料和阻尼材料組合成復合材料，以達到控制振動和降低噪聲的目的。目前，夾層結構是結構阻尼復合材料常用的形式之一，該結構是將上述阻尼材料作為阻尼夾芯層，再同結構材料粘合成各種夾層結構板和梁等型材，經機械加工制成各種結構件。然而，這類構件中，阻尼材料和結構材料的結合力差，受到沖擊載荷時，層間結構易被破壞，容易脫層和剝落，而且阻尼材料難以完全發揮其減震和消聲作用。但是，直接生產相應的復合材料會花費極大的成本和時間，限制了結構阻尼材料的大規模應用。此外，噪聲和震動所造成的污染和危害越來越受到人們的重視，由此也對材料的減振、降噪性能提出了更高的要求，單一的阻尼材料已經難以消除噪聲和震動所造成的污染和危害。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種制備多層復合材料的方法以及該方法所使用的設備。本專利技術還要提供一種結構阻尼復合材料及其制備方法，同時提供制備該阻尼復合材料所使用的合金電極。本申請所要制備的多層復合材料包含基體層、第一結構層和第二結構層，制備過程包括以下步驟：1)以基體層為陰極，以作為第一結構層來源的第一電極為陽極，利用電火花沉積加工將第一電極沉積到基體層的表面并形成第一結構層；2)以作為第二結構層來源的第二電極為陽極，利用電火花沉積加工將第二電極沉積到第一結構層的表面并形成第二結構層?？梢愿鶕枰诘诙Y構層的表面繼續增加第三結構層，各個結構層的厚度由沉積的次數控制。通過電火花沉積加工使得基體層、第一結構層和第二結構層之間通過化學鍵結合，結合力強，結構層不易脫落。第一電極和第二電極可以為單獨的個體，也可分別為一個具有雙層結構的電極的其中一層，當第一電極和第二電極為一體結構時，可以省去更換電極的過程。當所需沉積的區域寬度與第一電極和第二電極的直徑相同時，第一電極和第二電極的沉積過程至少包含沿N(N≥1)個方向的進給運動；當所需沉積的區域寬度大于第一電極和第二電極的直徑時，第一電極和第二電極的沉積過程至少包含N(N≥2)個方向的進給運動。在沉積過程中，需要多次沉積過程才能沉積所需厚度的結構層，即第一結構層和第二結構層均是由至少兩層沉積層組成，為了使各沉積層之間有更好的結合力并且各部位的厚度分布均勻，防止結構層剝離，一種方式是使相鄰沉積層的沉積方向不相平行，優選地，相鄰沉積層的沉積方向垂直。上述兩種結構層先后通過電火花沉積加工沉積到基體層表面，最終形成的各層結構之間具有很強的結合力，不僅工藝簡單，而且各結構層的組成和厚度容易控制，可以根據具體的需求，沉積不同種類的結構層以及不同厚度的結構層。一種應用是使所述第一結構層和第二結構層分別為對基體層進行改性的功能層，例如分別為由阻尼材料構成的第一阻尼層和第二阻尼層，此時，基體層為由結構材料組成的結構層，所得復合材料為結構阻尼復合材料，其中，結構材料是以力學性能為基礎，以制造受力構件所用的材料。第一阻尼層和第二阻尼層可分別選自Zn-Al系合金、Mg合金、Fe-Cr系合金、Mn-Cu系合金中的任意一種。本申請提供的第一種結構阻尼復合材料，是一種包含基體層和阻尼層的復合材料，阻尼層包含第一阻尼層和第二阻尼層，基體層、第一阻尼層和第二阻尼層依次通過電火花沉積加工結合。其中，第一阻尼層為Zn-Al系合金，第二阻尼層為Fe-Cr系合金，所述Zn-Al系合金中各個組分及其含量為Al20-30wt％，Cu1-5wt％，Mg0.01-0.1wt％，其余為Zn；所述Fe-Cr系合金中各個組分及其含量為Cr10-20wt％，Al1-5wt％，Si0.1-2wt％，其余為Fe。上述結構阻尼復合材料的制備方法包括以下步驟：1)以合金鋼或Al合金為陰極，以作為第一阻尼層來源的第一電極為陽極，利用電火花沉積加工將第一電極沉積到合金鋼或Al合金的表面并形成Zn-Al系合金阻尼層；2)以作為第二阻尼層來源的第二電極為陽極，利用電火花沉積加工將第二電極沉積到Zn-Al系合金阻尼層的表面并形成Fe-Cr系合金阻尼層。其中，第一電極和第二電極的沉積過程均至少包含沿N(N≥1)個方向的進給運動。第一阻尼層和第二阻尼層均由至少兩層沉積層組成，相鄰兩層沉積層的沉積方向不相平行，一種優選的方式是使相鄰兩層沉積層的沉積方向垂直。沉積過程的電壓為70-98V，電流為3-10A，頻率為450-1000Hz，脈寬為2-21μs。本申請提供的第二種結構阻尼復合材料，是一種包含基體層和阻尼層的復合材料，阻尼層包含第一阻尼層和第二阻尼層，基體層、第一阻尼層和第二阻尼層依次通過電火花沉積加工結合。其中，第一阻尼層為Fe-Cr系合金，第二阻尼層為Zn-Al系合金，所述Zn-Al系合金中各個組分及其含量為Al20-30wt％，Cu1-5wt％，Mg0.01-0.1wt％，其余為Zn；所述Fe-Cr系合金中各個組分及其含量為Cr10-20wt％，Al1-5wt％，Si0.1-2wt％，其余為Fe。上述結構阻尼復合材料的制備方法包括以下步驟：1)以合金鋼或Al合金為陰極，以作為第一阻尼層來源的第一電極為陽極，利用電火花沉積加工將第一電極沉積到合金鋼或Al合金的表面并形成Fe-Cr系合金阻尼層；2)以作為第二阻尼層來源的第二電極為陽極，利用電火花沉積加工將第二電極沉積到Fe-Cr系合金阻尼層的表面并形成Zn-Al系合金阻尼層。其中，第一電極和第二電極的沉積過程均至少包含沿N(N≥1)個方向的進給運動。第一阻尼層和第二阻尼層均由至少兩層沉積層組成，相鄰兩層沉積層的沉積方向不相平行，一種優選的方式是使相鄰兩層沉積層的沉積方向垂直。沉積過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
制備多層復合材料的方法，所述多層復合材料包含基體層、第一結構層和第二結構層，其制備過程包括以下步驟：1)以基體層為陰極，以作為第一結構層來源的第一電極為陽極，利用電火花沉積加工將第一電極沉積到基體層的表面并形成第一結構層；2)以作為第二結構層來源的第二電極為陽極，利用電火花沉積加工將第二電極沉積到第一結構層的表面并形成第二結構層；其中，第一電極和第二電極的沉積過程均至少包含沿N(N≥1)個方向的進給運動。

【技術特征摘要】
1.制備多層復合材料的方法，所述多層復合材料包含基體層、第一結構層和第二結構層，
其制備過程包括以下步驟：
1)以基體層為陰極，以作為第一結構層來源的第一電極為陽極，利用電火花沉積加工將
第一電極沉積到基體層的表面并形成第一結構層；
2)以作為第二結構層來源的第二電極為陽極，利用電火花沉積加工將第二電極沉積到第
一結構層的表面并形成第二結構層；
其中，第一電極和第二電極的沉積過程均至少包含沿N(N≥1)個方向的進給運動。
2.如權利要求1所述的制備多層復合材料的方法，其特征在于：第一結構層和第二結構
層均由至少兩層沉積層組成。
3.如權利要求2所述的制備多層復合材料的方法，其特征在于：所述相鄰兩層沉積層的
沉積方向不相平行。
4.如權利要求1所述的制備多層復合材料的方法，其特征在于：所述第一電極和第二電
極分別為一個具有兩層結構的電極的其中一層。
5.由權利要求1-4任一項所述的方法所制備的結構阻尼復合材料，包含基體層、第一結
構層和第二結構層，其特征在于：所述第一結構層和第二結構層分別為由阻尼材料構成的第
一阻尼層和第二阻尼層。
6.如權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李達，范興文，陳兵，肖長源，張敏敏，劉贊，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：四川;51