Modyfikacja topografii i morfologii powierzchni metalu / Politechnika Lubelska

Środki finansowe przyznane przez Narodowe Centrum Nauki na realizację projektu badawczego

Tytuł projektu: Modyfikacja topografii i morfologii powierzchni metalu celem poprawy wytrzymałości połączenia w laminatach metalowo-włóknistych

Tytuł w j. angielskim: Modification of metal surface topography and morphology to improve adhesion
strength at the metal-composite interface in fibre-metal laminates

Numer umowy: UMO-2023/49/N/ST11/01726

Okres realizacji: 19.01.2024 - 18.01.2027

Wartość projektu: 209.714,00 PLN

Wartość przyznanych środków: 209.714,00 PLN

Kierownik projektu: mgr inż. Magda Droździel - Jurkiewicz

Streszczenie:

Laminaty metalowo-włókniste są aktualnie interesującą grupą materiałów hybrydowych, które składają się z naprzemiennie ułożonych warstw metalu i kompozytu polimerowo-włóknistego. Taka kombinacja pozwala uzyskać nową generację materiałów o ulepszonych właściwościach w stosunku do poszczególnych tworzących je składników. Charakteryzują się niską gęstością, wysoką wytrzymałością statyczną i zmęczeniową, ale także wysoką odpornością na uderzenia i korozję. W laminatach metalowo-włóknistych najczęściej stosowanymi materiałami są stopy aluminium w szczególności 2024-T3 lub 7475-T6. Aktualnie, laminaty na bazie tytanu cieszą się szczególnie dużym zainteresowaniem, ze względu na ich korzystne właściwości, takie jak wysoka wytrzymałość zmęczeniowa, odporność na uderzenia, czy odporność korozyjna.
Jednakże, problemem pozostaje modyfikacja powierzchni metalu, w celu uzyskania odpowiedniej adhezji na powierzchni rozdziału metal-kompozyt. Ponieważ pełni ona kluczową rolę w przenoszeniu naprężeń pomiędzy warstwami metalu i kompozytu, a także pozwala na uzyskanie wysokiej wytrzymałości i jakości połączenia. Dlatego też niezwykle ważnym i złożonym aspektem pozostaje modyfikacja powierzchni aluminium i tytanu w laminatach metalowo-włóknistych. Dane literaturowe wskazują, że w przypadku stopów tytanu nie ma jednej metody zapewniającej wysoką adhezję na powierzchni rozdziału metalkompozyt. Natomiast skuteczną i powszechnie stosowaną metodą modyfikacji powierzchni aluminium dla laminatów metalowo-włóknistych jest anodowanie w kwasie chromowym (CAA), niestety metoda jest szkodliwa zarówno dla organizmów ludzkich i środowiska.
Celem badawczym pracy jest określenie zależności pomiędzy strukturą modyfikowanej powierzchni metalu z wykorzystaniem metody wyładowań elektrycznych MAO (Micro- Arc Oxidation) w połączeniu z warstwą zol-żel, a adhezją na powierzchni rozdziału metal-kompozyt w laminatach metalowo-włóknistych, w tym analiza odporności na pękanie międzywarstwowe. Ponadto, celem badań jest porównawcza ocena mechanizmów zniszczenia na powierzchni rozdziału metal-kompozyt, w zależności od zastosowanych parametrów procesu wyładowań elektrycznych w roztworze elektrolitu. Przedmiotem weryfikacji będą laminaty metalowo-włókniste na bazie stopów aluminium i tytanu wytwarzane z zastosowaniem techniki autoklawowej. Ze względu na fakt, że cechują się najkorzystniejszymi właściwościami, szczególnie w połączeniu z kompozytem węglowym. Dzięki temu mogą znaleźć szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym, kosmicznym czy motoryzacyjnym.
Efektem prowadzonych badań w proponowanym zakresie będzie uzyskanie charakterystycznej topografii i morfologii powierzchni aluminium 2024-T3 i tytanu GRADE 2, która może znacząco wpłynąć na poprawę adhezji na powierzchni rozdziału metal-kompozyt, w porównaniu do obecnie stosowanych konwencjonalnych metod elektrochemicznych uznanych za szkodliwe (dotychczas stosowane metody były niewystarczające i generowały negatywny wpływ na środowisko). Ponadto, efektem pracy będzie ocena wpływu otrzymanej struktury metalu na wytrzymałość połączenia na powierzchni rozdziału metal-kompozyt, a także analiza wpływu morfologii na oddziaływanie z kompozytem epoksydowym.