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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