Наукові конференції України, Інновації молоді в машинобудуванні 2021

Розмір шрифту: 
Лазерна модифікація структури поверхневого шару склеювання композитних велосипедних зірок
І. М. Жегет, М. С. Блощицин, Л. Ф. Головко

Остання редакція: 2021-05-31

Анотація


Клейові з’єднання широко використовуються не лише у авіаційній техніці для з’єднання різних
деталей. Саме структура поверхневого шару матеріалів, що склеюються, є одним з найбільш важливих факторів, що впливають на якісні та механічні характеристики клейового з’єднання.

Завдання створення методики міцного зчеплення композитних елементів велосипедних передніх зірок з достатньою якістю та експлуатаційними характеристиками іншими методами є актуальним завданням, оскільки сучасні спеціальні клеї досягають близьких до максимальних значень міцності, властивим їх хімічному складу [4]. Міцність клейових з'єднань залежить від природи і мікроструктури поверхневих шарів матеріалів, які склеюються [5]. Це може бути пояснено зміною мікроструктури тонкого шару полімерних клеїв під дією твердої поверхні і різної адгезії використовуваних клеїв до металів.

Застосування композитних матеріалів для корпусів та робочих керамічних поверхонь дозволяє значно зменшити вагу елементів професійних велосипедів, що у поєднанні з професійною підготовкою велосипедистів дає найкращий результат на змаганнях. Боротьба за зменшення ваги при збереженні механічних та експлуатаційіних характеристик призводить до зменшення площі контакту корпусу та зубчатої корони.
Обробка металів висококонцентрованими джерелами енергії забезпечує надзвичайно високі швидкості нагрівання і охолодження оброблюваних матеріалів. Під час швидкого теплового впливу відбуваються якісні структурні зміни в матеріалі, з формуванням відповідної наноструктури.


Утворені структури мають більш ефективну площу за рахунок утворених структур на поверхневому рівні за рахунок утворених наноструктур. В результаті отримуємо поверхню з покращеними адгезійними характеристиками міцності отриманого з’єднання. Було проведено моделювання процесів, що відбуваються під час лазерної поверхневої обробки матеріалів. Запропоновано методику попередньої лазерної обробки контактних поверхонь деталей, що склеюються. Результати експериментів, виконаних для перевірки моделювання термічних процесів, що відбуваються при лазерному впливу, показали значне зростання міцності клейового з’єднання у випробуванні на зсув відносно контрольних.

Зважаючи на отримані результати розрахунків математичної моделі, а також результати експериментів, було висунуто гіпотезу, що під час лазерної поверхневої обробки у поверхневому шарі оброблюваного металу утворюється складна високодисперсна наноструктура, що взаємодіє з глобулярною структурою клею, тим самим збільшуючи площу контакту поверхні металу з клеєм, і як наслідок забезпечує покращення експлуатаційних характеристик клейових з'єднань деталей.

Ключові слова


модифікація, поверхневий шар, велосипедна зірка

Посилання


1. Hart-Smith L.J. (2011) Adhesively Bonded Joints in Aircraft Structures. In: da Silva L.F.M., Öchsner A., Adams R.D. (eds) Handbook of Adhesion Technology. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-01169-6_44

2. K. M. Tanvir Ahmmed, Colin Grambow and Anne-Marie Kietzig Fabrication of Micro/Nano Structures on Metals by Femtosecond Laser Micromachining; Micromachines 2014, 5, 1219-1253; doi:10.3390/mi5041219

3. P. Shukla, D.G. Waugh, J. Lawrence, R. Vilar. Laser surface structuring of ceramics, metals and polymers for biomedical applications: a review, December 2016, DOI: 10.1016/B978-0-08-100883-6.00010-1

4. А.П. Петрова, И.С. Деев, Ю.В. Жердев, В.И. Бек, Д.А. Кардашов. Прочность клеевых соединении и структура эпокси-каучуковых полимеров у поверхности металлов, ВИАМ/1970-195739.