等離子體處理對AA7075鋁合金表面特性及膠接性能的影響

劉志浩，鄒田春，李曄，巨樂章

等離子體處理對AA7075鋁合金表面特性及膠接性能的影響

劉志浩a，鄒田春a，李曄b，巨樂章a

（中國民航大學 a.安全科學與工程學院 b.航空工程學院，天津 300300）

改善AA7075鋁合金的膠接性能及表面特性，提高膠接強度，研究等離子體處理對AA7075鋁合金表面特性的影響。采用低溫空氣等離子體處理設備對AA7075鋁合金進行表面處理，改變等離子體處理距離及處理速度，通過膠接及拉伸剪切試驗對AA7075鋁合金膠接強度進行測試，并利用SEM、AFM、接觸角測量儀、FTIR、XPS等對鋁合金表面的物化特性進行表征和分析，探究等離子體處理對鋁合金膠接性能的影響及機理。當等離子體處理距離為5 mm，速度為2 mm/s時，AA7075鋁合金膠接接頭強度最大為14.56 MPa，與丙酮處理及未處理相比，分別提高約80％、200%。接頭拉伸載荷位移曲線及破壞形貌表明，接頭內聚破壞程度增大，膠粘劑呈內聚破壞形態分布在鋁合金兩側。隨著處理距離從10 mm降低至5 mm，鋁合金表面部分污染物可以有效清除，表面最大高度差從221.8 nm降低至121.6 nm，表面微米級粗糙輪廓增加。同時，表面水接觸角從46°降低至26°，表面自由能及極性分量增加，鋁合金表面潤濕性及表面吸附性能提高。表面FTIR、XPS測試表明，等離子體處理可以改變AA7075鋁合金表面C1s、O1s、Al2p、N1s、Mg1s等元素含量占比，表面C—C、C—O和O—C=O基團含量減少，OH、Al—O等極性基團增多，鋁合金表面活性明顯增加。等離子體處理可以顯著提高AA7075鋁合金膠接強度，膠接接頭失效模式由單一界面失效轉變為膠粘劑內聚失效。等離子體處理通過改善AA7075鋁合金表面潤濕、黏附性能，增大粘結面積，同時提高表面極性基團及表面活性，使鋁合金與膠粘劑膠接界面形成化學鍵合作用，從而提高其與膠粘劑界面的粘結強度。……