引言纤维增强金属层板(Fiber Metal Laminates,简称 FMLs)是一种三明治式的叠层复合材料,由金属层和连续纤维复合材料层交替叠加,并通过树脂粘结而成的新式复合材料。由于FMLs的结构特点,使其结合了金属和复合材料的优势,即相较于传统材料其具有卓越的比强度、比刚度、高疲劳阻力、耐腐蚀性以及良好的防火性能。这些特性使FMLs在航空、航天和汽车等领域得到了广泛应用。特别是其在不同加载条件下的失效形式,更是当前研究热点。本文正是基于此,介绍了借助扫描电镜(SEM)对纤维增强金属层板各组分破裂形貌进行分析。![]()
图 1
纤维增强金属层板结构示意图
测试方法为更好的观测未固化GLARE层板各组分失效形式,本章借助捷欧路(北京)科贸有限公司所售的JSM-IT210(钨灯丝)扫描电子显微镜对铝合金和预浸料断口进行观测。该设备最大放大倍数为300000X,真空度为10-650Pa。此外,由于玻璃纤维的导电性极差,造成纤维断口表面多余电子或游离粒子的累积不能及时导走,继而造成反复出现充电、放电现象,造成图像扭曲或变形等现象。因此,本文借助JEC-3000FC设备对预浸料断口进行喷金处理,即在纤维断口表面溅射一个额外的导电薄层材料,从而提升纤维的导电性。
图 2
微观观测设备: (a).JSM-IT210
扫描电镜; (b).JEC-3000FC
离子溅射仪测试结果下图给出了2024-T3铝合金、W-9011和G-10000预浸料的微观断口形貌。对于铝合金来讲,断口处显示了一系列的圆形韧窝,这表明铝合金是由正应力导致的韧性失效。而对于玻璃纤维来讲,不论是WP-9011和G-1000预浸料,其断口位置的纤维均呈现参差不齐的牙刷状形貌,即典型的拉伸导致的纤维脆性断裂失效形貌。综上所述,FMLs的各组分材料在试验中的破坏方式为正应力为主导的拉伸破坏行为![]()
图 3Nakajima试验后铝合金和预浸料断口微观照片