علوم و فناوری کامپوزیت

علوم و فناوری کامپوزیت

اثر روش های مختلف آماده سازی سطحی بر خواص خمشی کامپوزیت های الیاف/فلز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
حامد آقامحمدی 1
سیدنوید حسینی آب بندانک 2
رضا اسلامی فارسانی 3
سید محمدحسین سیادتی 4
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهرا ن
3 دانشیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهرا ن
4 استادیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهرا ن
10.22068/jstc.2020.31524
چکیده
کامپوزیت های الیاف/ فلز گروه جدیدی از مواد کامپوزیتی هیبریدی هستند که از ورق های فلزی و لایه های پلیمری تقویت شده با الیاف تشکیل شده اند. استفاده از کامپوزیت های الیاف/ فلز موجب بهره وری از ترکیب مزایای فلزات و کامپوزیت های پلیمری می شود. به منظور بهبود چسبندگی بین لایه های فلزی و کامپوزیتی، از روش های مختلف آماده سازی سطحی بر روی سطح فلز استفاده می شود. در این تحقیق، کامپوزیت‌های آلومینیوم/ اپوکسی- الیاف بازالت با روش لایه گذاری دستی ساخته شد و اثر روش های مختلف آماده سازی سطحی مکانیکی و شیمیایی (شامل فرآیند قلیایی و حکاکی با محلول سولفوکرومیک) بر خواص خمشی آن ها با استفاده از آزمون خمش سه نقطه ای مورد بررسی قرار گرفت. از میکروسکوپ الکترونی روبشی به منظور بررسی مورفولوژی سطحی آلومینیوم استفاده شد. نتایج نشان داد که استفاده از روش آماده سازی حکاکی با محلول سولفوکرومیک موجب بهبود قابل توجهی در مقادیر استحکام خمشی، کرنش شکست و انرژی جذب شده در مقایسه با روش های مکانیکی و قلیایی می شود. تفاوت در رفتار خمشی نمونه ها مرتبط با مورفولوژی سطحی لایه آلومینیوم آن ها می باشد. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دهنده این است که روش آماده سازی حکاکی با محلول سولفوکرومیک موجب ایجاد یک ساختار متخلخل بر روی سطح آلومینیوم می شود. این لایه متخلخل با ایجاد مکان هایی برای پر شدن توسط رزین اپوکسی، چسبندگی بهتر و قفل مکانیکی قوی تر بین لایه ها را به همراه دارد.
کلیدواژه‌ها
کامپوزیت الیاف/ فلز
الیاف بازالت
عملیات سطحی
خواص خمشی

موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of various surface treatment methods on the flexural properties of fiber metal laminates

نویسندگان English

Hamed Aghamohammadi 1
S. Navid Hosseini Abbandanak 2
Reza Eslami-Farsani 3
S. M. Hossein Siadati 4
1 Faculty of materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
2 Faculty of materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
3 Faculty of materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
4 Faculty of materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

Fiber metal laminates (FMLs) are a new group of composite materials that consist of alternating thin laminates of metals and fiber reinforced polymeric composites. FMLs combine the advantages of metals and polymeric composites. In order to enhance the interfacial bonding between the alternating laminates, various surface treatment methods can be used on the metal surfaces. In this research, FMLs of alternating laminates of aluminum/epoxy-basalt fibers were fabricated using hand lay-up method. The effect of various surface treatment methods of mechanical and chemical (consist of alkaline and sulfochromic etching) on the flexural properties of the fabricated FMLs were investigated with three-point bend tests. SEM were utilized to investigate surface morphology of aluminum. Results showed that the sulfochromic etch method brought about a significant improvement in the flexural strength, strain to failure and absorbed energy in comparison to the mechanical and alkaline methods. Difference in flexural behavior of samples is attributed to their aluminum surface morphology. SEM observations showed that sulfochromic etch method created a porous layer on the aluminum surfaces. This porous layer provided channels for the epoxy resin to fill in, creating better adhesion and a much stronger mechanical interlocking between the laminates.

کلیدواژه‌ها English

Fiber metal laminates
Basalt fibers
Surface treatment
Flexural properties
[1] Sinmazçelik, T. Avcu, E. Bora, M. Ö. and Çoban, O., “A Review: Fibre Metal Laminates, Background, Bonding Types and Applied Test Methods” Materials & Design, Vol. 32, No. 7, pp. 3671-3685, 2011.
[2] Chai, G. B. and Manikandan, P., “Low Velocity Impact Response of Fibre-Metal Laminates – a Review” Composite Structures, Vol. 107, pp. 363-381, 2014.
[3] Sadighi, M. Alderliesten, R. C. and Benedictus, R., “Impact Resistance of Fiber-Metal Laminates: A Review” International Journal of Impact Engineering, Vol. 49, pp. 77-90, 2012.
[4] Ostapiuk, M. Surowska, B. and Bieniaś, J., “Interface Analysis of Fiber Metal Laminates” Composite Interfaces, pp. 309-318, 2014.
[5] Zarei, H. Fallah, M. Minak, G. Bisadi, H. and Daneshmehr, A., “Low Velocity Impact Analysis of Fiber Metal Laminates (FMLs) in Thermal Environments with Various Boundary Conditions” Composite Structures, Vol. 149, pp. 170-183, 2016.
[6] Gan, Y. X., “Effect of Interface Structure on Mechanical Properties of Advanced Composite Materials” Int J Mol Sci, Vol. 10, No. 12, pp. 5115-34, Nov 25, 2009.
[7] Botelho, E. C. Silva, R. A. Pardini, L. C. and  Rezende, M. C., “Evaluation of Adhesion of Continuous Fiber–Epoxy Composite/Aluminum Laminates” J. Adhesion Sci. Technol, Vol. 18, pp. 1799-1813, 2004.
[8]  Mohamad, M. Marzuki, H. F. A. Ubaidillah, E. A. E. Abidin, M. F. Z. Omar, S. and  Rozi, I. M., “Effect of Surface Roughness on Mechanical Properties of Aluminium-Carbon Laminates Composites” Advanced Materials Research, Vol. 879, pp. 51-57, 2014.
[9] Ardakani, M. A. Khatibi, A. A. and Ghazavi, S. A., “A Study on the Manufacturing of Glass-Fiber-Reinforced Aluminum Laminates and the Effect of Interfacial Adhesive Bonding on the Impact Behavior”, Proceedings of the XIth International Congress and Exposition, June 2-5, 2008.
[10] Lawcock, G. Ye, L. Wing Mai, Y. and Teh Sun, C., “The Effect of Adhesive Bonding between Aluminum and Composite Prepreg on the Mechanical Properties of Carbon-FiberreinforcedMetal Laminates” Composites Science and Technology, Vol. 57, pp. 35-45, 1997.
[11] Ostapiuk, M. Surowska, B. and Bieniaś, J., “Interface Analysis of Fiber Metal Laminates” Composite Interfaces, Vol. 21, No. 4, pp. 309-318, 2013.
[12] Mohamad, M. Marzuki, H. F. A. Bakar, S. N. A. Abdullah, A. N. Ubaidillah, E. A. E. Abidin, M. F. Z. and  Omar, S., “Effect of Anodizing Electrolyte for Structural Adhesives Bonding Study of Aluminium-Carbon Laminates Composites” International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, Vol. 10, pp. 2091-2101, 2014.
[13] Khalili, S. M. R. Daghigh, V. and Eslami Farsani, R., “Mechanical Behavior of Basalt Fiber-Reinforced and Basalt Fiber Metal Laminate Composites under Tensile and Bending Loads” Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 30, No. 8, pp. 647-659, 2011.
[14] Ferrante, L. Sarasini, F. Tirillò, J. Lampani, L. Valente, T. and Gaudenzi, P., “Low Velocity Impact Response of Basalt-Aluminium Fibre Metal Laminates” Materials & Design, Vol. 98, pp. 98-107, 2016.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 6، شماره 4
زمستان 1398
صفحه 495-502