制備多層復(fù)合材料的方法、設(shè)備和結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種制備多層復(fù)合材料的方法以及該方法所使用的設(shè)備，還涉及采用該方法和設(shè)備所獲得的結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)械設(shè)備高效、自動(dòng)化及大規(guī)模應(yīng)用的同時(shí)，由于機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響儀器的精度、穩(wěn)定性及引起結(jié)構(gòu)疲勞，產(chǎn)生的噪音也會(huì)危害周圍人員的健康。因此研發(fā)同時(shí)具有減振降噪及力學(xué)性能優(yōu)良的材料對(duì)民用、軍用和航空航天工業(yè)有重大意義，阻尼材料由此產(chǎn)生。
[0003]阻尼材料按特性分為3類:1)橡膠和塑料阻尼板:應(yīng)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(huán)氧樹脂等，這類材料可以滿足-50?200°C圍內(nèi)的使用要求；2)橡膠和泡沫塑料:應(yīng)用較多的有丁基橡膠和聚氨酯泡沫，通過(guò)控制泡孔的大小、通孔或閉孔等方式達(dá)到吸聲的目的；3)高阻尼合金:應(yīng)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(nèi)基本穩(wěn)定。
[0004]為了提高結(jié)構(gòu)材料的阻尼性能，可將結(jié)構(gòu)材料和阻尼材料組合成復(fù)合材料，以達(dá)到控制振動(dòng)和降低噪聲的目的。目前，夾層結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料常用的形式之一，該結(jié)構(gòu)是將上述阻尼材料作為阻尼夾芯層，再同結(jié)構(gòu)材料粘合成各種夾層結(jié)構(gòu)板和梁等型材，經(jīng)機(jī)械加工制成各種結(jié)構(gòu)件。然而，這類構(gòu)件中，阻尼材料和結(jié)構(gòu)材料的結(jié)合力差，受到?jīng)_擊載荷時(shí)，層間結(jié)構(gòu)易被破壞，容易脫層和剝落，而且阻尼材料難以完全發(fā)揮其減震和消聲作用。但是，直接生產(chǎn)相應(yīng)的復(fù)合材料會(huì)花費(fèi)極大的成本和時(shí)間，限制了結(jié)構(gòu)阻尼材料的大規(guī)模應(yīng)用。此外，噪聲和震動(dòng)所造成的污染和危害越來(lái)越受到人們的重視，由此也對(duì)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(jīng)難以消除噪聲和震動(dòng)所造成的污染和危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備多層復(fù)合材料的方法以及該方法所使用的設(shè)備。本發(fā)明還要提供一種結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料及其制備方法，同時(shí)提供制備該阻尼復(fù)合材料所使用的合金電極。
[0006]本申請(qǐng)所要制備的多層復(fù)合材料包含基體層、第一結(jié)構(gòu)層和第二結(jié)構(gòu)層，制備過(guò)程包括以下步驟:1)以基體層為陰極，以作為第一結(jié)構(gòu)層來(lái)源的第一電極為陽(yáng)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(jié)構(gòu)層;2)以作為第二結(jié)構(gòu)層來(lái)源的第二電極為陽(yáng)極，利用電火花沉積加工將第二電極沉積到第一結(jié)構(gòu)層的表面并形成第二結(jié)構(gòu)層?？梢愿鶕?jù)需要，在第二結(jié)構(gòu)層的表面繼續(xù)增加第三結(jié)構(gòu)層，各個(gè)結(jié)構(gòu)層的厚度由沉積的次數(shù)控制。通過(guò)電火花沉積加工使得基體層、第一結(jié)構(gòu)層和第二結(jié)構(gòu)層之間通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合，結(jié)合力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)層不易脫落。
[0007]第一電極和第二電極可以為單獨(dú)的個(gè)體，也可分別為一個(gè)具有雙層結(jié)構(gòu)的電極的其中一層，當(dāng)?shù)谝浑姌O和第二電極為一體結(jié)構(gòu)時(shí)，可以省去更換電極的過(guò)程。當(dāng)所需沉積的區(qū)域?qū)挾扰c第一電極和第二電極的直徑相同時(shí)，第一電極和第二電極的沉積過(guò)程至少包含沿N(N2 1)個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；當(dāng)所需沉積的區(qū)域?qū)挾却笥诘谝浑姌O和第二電極的直徑時(shí)，第一電極和第二電極的沉積過(guò)程至少包含N(N 2 2)個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在沉積過(guò)程中，需要多次沉積過(guò)程才能沉積所需厚度的結(jié)構(gòu)層，即第一結(jié)構(gòu)層和第二結(jié)構(gòu)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(jié)合力并且各部位的厚度分布均勻，防止結(jié)構(gòu)層剝離，一種方式是使相鄰沉積層的沉積方向不相平行，優(yōu)選地，相鄰沉積層的沉積方向垂直。
[0008]上述兩種結(jié)構(gòu)層先后通過(guò)電火花沉積加工沉積到基體層表面，最終形成的各層結(jié)構(gòu)之間具有很強(qiáng)的結(jié)合力，不僅工藝簡(jiǎn)單，而且各結(jié)構(gòu)層的組成和厚度容易控制，可以根據(jù)具體的需求，沉積不同種類的結(jié)構(gòu)層以及不同厚度的結(jié)構(gòu)層。一種應(yīng)用是使所述第一結(jié)構(gòu)層和第二結(jié)構(gòu)層分別為對(duì)基體層進(jìn)行改性的功能層，例如分別為由阻尼材料構(gòu)成的第一阻尼層和第二阻尼層，此時(shí)，基體層為由結(jié)構(gòu)材料組成的結(jié)構(gòu)層，所得復(fù)合材料為結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料，其中，結(jié)構(gòu)材料是以力學(xué)性能為基礎(chǔ)，以制造受力構(gòu)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。
[0009]本申請(qǐng)?zhí)峁┑牡谝环N結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料，是一種包含基體層和阻尼層的復(fù)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(guò)電火花沉積加工結(jié)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(gè)組分及其含量為A1 20-30wt%,Cu l-5wt%,Mg 0.01-0.lwt%，其余為Zn;所述Fe-Cr系合金中各個(gè)組分及其含量為Cr 10-20wt%,Al l-5wt%,Si 0.1_2wt%，其余為Fe。
[0010]上述結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:1)以合金鋼或A1合金為陰極，以作為第一阻尼層來(lái)源的第一電極為陽(yáng)極，利用電火花沉積加工將第一電極沉積到合金鋼或A1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(lái)源的第二電極為陽(yáng)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(guò)程均至少包含沿N(N2 1)個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。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(yōu)選的方式是使相鄰兩層沉積層的沉積方向垂直。沉積過(guò)程的電壓為70-98V，電流為3-10A，頻率為450-1000Hz，脈寬為 2-21ys。
[0011]本申請(qǐng)?zhí)峁┑牡诙N結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料，是一種包含基體層和阻尼層的復(fù)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(guò)電火花沉積加工結(jié)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(gè)組分及其含量為A1 20-30wt%,Cu l-5wt%,Mg 0.01-0.lwt%，其余為Zn;所述Fe-Cr系合金中各個(gè)組分及其含量為Cr 10-20wt%,Al l-5wt%,Si 0.1_2wt%，其余為Fe0
[0012]上述結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:1)以合金鋼或A1合金為陰極，以作為第一阻尼層來(lái)源的第一電極為陽(yáng)極，利用電火花沉積加工將第一電極沉積到合金鋼或A1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(lái)源的第二電極為陽(yáng)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(guò)程均至少包含沿N(N2 1)個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。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(yōu)選的方式是使相鄰兩層沉積層的沉積方向垂直。沉積過(guò)程的電壓為70-98V，電流為3-10A，頻率為450-1000Hz，脈寬為 2-21ys。
[0013]上述兩種結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料的制備方法中所使用的電極為合金電極，所述合金電極由Zn-Al系合金和/或Fe-Cr系合金組成；當(dāng)電極由Zn-Al系合金或Fe-Cr系合金組成時(shí)，所述合金電極為第一阻尼層來(lái)源的第一電極或?yàn)榈诙枘釋觼?lái)源的第二電極；當(dāng)電極由Zn-Al 系合金和 Fe-Cr 系合金組成，所述電極為兩層結(jié)構(gòu)，包括作為第一阻尼層來(lái)源的第一電極(下層)和作為第二阻尼層來(lái)源的第二電極(上層)。也就是說(shuō)，合金電極可以由單一阻尼材料源組成，第一電極和第二電極為獨(dú)立的個(gè)體，即當(dāng)沉積得到第一阻尼層之后，需要更換電極以沉積第二阻尼層;電極也可以具有兩層結(jié)構(gòu)，分別為第一電極和第二電極，根據(jù)第一阻尼層的厚度設(shè)定第一電極的厚度，當(dāng)下層的第一電極沉積得到所需厚度的第一阻尼層之后，第一電極也隨之耗盡，無(wú)需更換電極，即可將第二電極沉積到第一阻尼層的表面，這樣的設(shè)計(jì)更有利于上述制備方法