基于界面理化特性的铝合金胶接结构耐腐蚀稳定性研究

Corrosion resistant stability of adhesive-bonded aluminum is the corrosion resistant ability which the adhesive-bonded aluminum structure with time maintains its mechanical properties in hostile environment. Previous experimental results showed that the aluminum-epoxy resin structural adhesive interface had a significant impact on the corrosion resistant ability. This project will investigate the surface physical-chemical characteristics of aluminum and epoxy resin structural adhesive, which contains the surface atomic arrangement, physical morphology and chemical characteristics of aluminum, and the characteristics of the adhesive’s molecular groups, then establish the correlation model between the interfacial physical-chemical characteristics and interfacial adhesion properties; Furthermore, according the diffusion laws of corrosion medium immersion into the adhesive-bonded aluminum, the interfacial chemical bonds and the intermolecular adhesion are investigated to explore the physical-chemical nature of the interfacial degradation evolution in salt-spray environment and establish the degradation evolution model of the exposed adhesive-bonded aluminum structure; based on the correlation model between the interfacial physical-chemical characteristics and interfacial adhesion properties, the relationship between interfacial physical-chemical characteristics and the structural mechanical properties of adhesive-bonded aluminum are discussed to study the degradation evolution of structural mechanical properties which was caused by the degradation in interfacial physical-chemical characteristics, therefore, the corrosion resistant stability model of adhesive-bonded aluminum is acquired, which will provide a significant theoretical help for the design and life prediction of adhesive-bonded aluminum structure.

铝合金胶接结构耐腐蚀稳定性是指腐蚀环境中其结构的力学性能随时间保持稳定的能力，实验表明，铝合金-环氧树脂结构胶界面理化特性对耐腐蚀稳定性具有重要影响。本项目针对铝合金和环氧树脂结构胶，分析胶接材料的表面理化性能，包括铝合金表面原子排列、物理形貌、化学特征，胶粘剂的分子基团性能等，建立界面理化特性与界面粘合力学性能的关系模型；研究由腐蚀介质扩散引起的界面化学键合力和分子间结合性能变化的方法及其规律性，探究盐雾环境下腐蚀介质对铝合金胶接界面理化特性影响的本质，建立铝合金胶接结构界面性能退化演变模型；依据界面理化特性与界面粘合性能的关系模型，探求铝合金胶接结构力学性能与界面理化特性的关系，进而研究界面理化性能退化导致的结构力学性能退化演变过程，获得铝合金胶接结构耐腐蚀稳定性模型，为胶接结构的设计、寿命预测等提供理论基础。

铝合金胶接结构的耐腐蚀稳定性研究对于其服役寿命预测有重要意义，而耐腐蚀稳定性受到铝合金-胶粘剂界面理化特性的显著影响。本课题通过表面处理技术（等离子和激光）改变了铝合金材料的表面理化特性，从而提升了其胶接性能，研究了处理工艺参数对铝合金材料表面理化特性（表面形貌、化学成分、润湿性能）的影响规律，揭示了表面理化特性对铝合金材料胶接性能的影响机理。基于Dupre界面粘合功进一步建立了表面理化特性与铝合金-胶粘剂界面粘接性能之间的关系模型，从胶粘剂与铝合金板表面的分子间作用力出发，阐释了表面理化特性对界面粘接性能的影响。分析了典型暴露环境下（盐雾和湿热）腐蚀介质对铝合金材料表面理化特性和胶粘剂性能的影响，讨论了腐蚀介质扩散对铝合金胶接接头耐腐蚀稳定性的影响，基于Fick第二定律建立了腐蚀介质在铝合金胶接结构中的扩散模型，实现了对铝合金胶接接头在盐雾暴露环境中剩余强度的预测。研究了激光和等离子表面处理对铝合金胶接接头耐腐蚀稳定性的影响，发现了腐蚀介质在铝合金-胶粘剂粘接界面上的扩散行为对胶接接头的耐腐蚀稳定性有着更加重要影响。利用电化学阻抗谱监测了因腐蚀介质扩散引起的铝合金-胶粘剂界面粘接性能的变化，提出了铝合金、腐蚀溶液与胶粘剂的等效电路模型，从而建立了基于界面电化学特性的铝合金胶接接头在腐蚀环境中耐腐蚀稳定性的预测模型，实现了对铝合金胶接结构的寿命预测。本课题从界面理化特性的角度出发，研究了界面理化特性与铝合金材料胶接性能和耐腐蚀稳定性的影响关系，丰富了铝合金胶接结构在腐蚀环境中耐腐蚀稳定性的提升和退化机理及服役寿命预测等理论研究。在国内外核心期刊发表了署名本课题资助的论文14篇，其中SCI收录10篇（JCR一/二区SCI论文各4篇），EI收录3篇（不重复计算）。参加了国际国内学术交流11次（大会主旨报告3次），资助了研究生国际交流5人次，完成了9名博士/硕士研究生的培养。