制备多层复合材料的方法、设备和结构阻尼复合材料技术

本发明专利技术提供了一种制备多层复合材料的方法和设备以及采用该方法和设备所得到的结构阻尼复合材料。制备过程包括以下步骤：1)以基体层为阴极，以作为第一结构层来源的第一电极为阳极，利用电火花沉积加工将第一电极沉积到基体层的表面并形成第一结构层；2)以作为第二结构层来源的第二电极为阳极，利用电火花沉积加工将第二电极沉积到第一结构层的表面并形成第二结构层。当所述第一结构层和第二结构层分别为由阻尼材料构成的第一阻尼层和第二阻尼层，所得多层复合材料为结构阻尼复合材料。上述方法所使用的设备的控制机构包括控制电极进给运动的机构和控制电极夹持部夹取或更换电极的机构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料领域，具体涉及一种制备多层复合材料的方法以及该方法所使用的设备，还涉及采用该方法和设备所获得的结构阻尼复合材料。
技术介绍
在机械设备高效、自动化及大规模应用的同时，由于机械设备产生的振动会严重影响仪器的精度、稳定性及引起结构疲劳，产生的噪音也会危害周围人员的健康。因此研发同时具有减振降噪及力学性能优良的材料对民用、军用和航空航天工业有重大意义，阻尼材料由此产生。阻尼材料按特性分为3类：1)橡胶和塑料阻尼板：应用较多的有丁基、丙烯酸酯、聚硫、丁腈和硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯和环氧树脂等，这类材料可以满足-50～200℃围内的使用要求；2)橡胶和泡沫塑料：应用较多的有丁基橡胶和聚氨酯泡沫，通过控制泡孔的大小、通孔或闭孔等方式达到吸声的目的；3)高阻尼合金：应用较多的是Zn-Al系合金、Mg合金、Fe-Cr系合金、Mn-Cu系合金等，阻尼性能在很宽的温度和频率范围内基本稳定。为了提高结构材料的阻尼性能，可将结构材料和阻尼材料组合成复合材料，以达到控制振动和降低噪声的目的。目前，夹层结构是结构阻尼复合材料常用的形式之一，该结构是将上述阻尼材料作为阻尼夹芯层，再同结构材料粘合成各种夹层结构板和梁等型材，经机械加工制成各种结构件。然而，这类构件中，阻尼材料和结构材料的结合力差，受到冲击载荷时，层间结构易被破坏，容易脱层和剥落，而且阻尼材料难以完全发挥其减震和消声作用。但是，直接生产相应的复合材料会花费极大的成本和时间，限制了结构阻尼材料的大规模应用。此外，噪声和震动所造成的污染和危害越来越受到人们的重视，由此也对材料的减振、降噪性能提出了更高的要求，单一的阻尼材料已经难以消除噪声和震动所造成的污染和危害。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种制备多层复合材料的方法以及该方法所使用的设备。本专利技术还要提供一种结构阻尼复合材料及其制备方法，同时提供制备该阻尼复合材料所使用的合金电极。本申请所要制备的多层复合材料包含基体层、第一结构层和第二结构层，制备过程包括以下步骤：1)以基体层为阴极，以作为第一结构层来源的第一电极为阳极，利用电火花沉积加工将第一电极沉积到基体层的表面并形成第一结构层；2)以作为第二结构层来源的第二电极为阳极，利用电火花沉积加工将第二电极沉积到第一结构层的表面并形成第二结构层。可以根据需要，在第二结构层的表面继续增加第三结构层，各个结构层的厚度由沉积的次数控制。通过电火花沉积加工使得基体层、第一结构层和第二结构层之间通过化学键结合，结合力强，结构层不易脱落。第一电极和第二电极可以为单独的个体，也可分别为一个具有双层结构的电极的其中一层，当第一电极和第二电极为一体结构时，可以省去更换电极的过程。当所需沉积的区域宽度与第一电极和第二电极的直径相同时，第一电极和第二电极的沉积过程至少包含沿N(N≥1)个方向的进给运动；当所需沉积的区域宽度大于第一电极和第二电极的直径时，第一电极和第二电极的沉积过程至少包含N(N≥2)个方向的进给运动。在沉积过程中，需要多次沉积过程才能沉积所需厚度的结构层，即第一结构层和第二结构层均是由至少两层沉积层组成，为了使各沉积层之间有更好的结合力并且各部位的厚度分布均匀，防止结构层剥离，一种方式是使相邻沉积层的沉积方向不相平行，优选地，相邻沉积层的沉积方向垂直。上述两种结构层先后通过电火花沉积加工沉积到基体层表面，最终形成的各层结构之间具有很强的结合力，不仅工艺简单，而且各结构层的组成和厚度容易控制，可以根据具体的需求，沉积不同种类的结构层以及不同厚度的结构层。一种应用是使所述第一结构层和第二结构层分别为对基体层进行改性的功能层，例如分别为由阻尼材料构成的第一阻尼层和第二阻尼层，此时，基体层为由结构材料组成的结构层，所得复合材料为结构阻尼复合材料，其中，结构材料是以力学性能为基础，以制造受力构件所用的材料。第一阻尼层和第二阻尼层可分别选自Zn-Al系合金、Mg合金、Fe-Cr系合金、Mn-Cu系合金中的任意一种。本申请提供的第一种结构阻尼复合材料，是一种包含基体层和阻尼层的复合材料，阻尼层包含第一阻尼层和第二阻尼层，基体层、第一阻尼层和第二阻尼层依次通过电火花沉积加工结合。其中，第一阻尼层为Zn-Al系合金，第二阻尼层为Fe-Cr系合金，所述Zn-Al系合金中各个组分及其含量为Al20-30wt％，Cu1-5wt％，Mg0.01-0.1wt％，其余为Zn；所述Fe-Cr系合金中各个组分及其含量为Cr10-20wt％，Al1-5wt％，Si0.1-2wt％，其余为Fe。上述结构阻尼复合材料的制备方法包括以下步骤：1)以合金钢或Al合金为阴极，以作为第一阻尼层来源的第一电极为阳极，利用电火花沉积加工将第一电极沉积到合金钢或Al合金的表面并形成Zn-Al系合金阻尼层；2)以作为第二阻尼层来源的第二电极为阳极，利用电火花沉积加工将第二电极沉积到Zn-Al系合金阻尼层的表面并形成Fe-Cr系合金阻尼层。其中，第一电极和第二电极的沉积过程均至少包含沿N(N≥1)个方向的进给运动。第一阻尼层和第二阻尼层均由至少两层沉积层组成，相邻两层沉积层的沉积方向不相平行，一种优选的方式是使相邻两层沉积层的沉积方向垂直。沉积过程的电压为70-98V，电流为3-10A，频率为450-1000Hz，脉宽为2-21μs。本申请提供的第二种结构阻尼复合材料，是一种包含基体层和阻尼层的复合材料，阻尼层包含第一阻尼层和第二阻尼层，基体层、第一阻尼层和第二阻尼层依次通过电火花沉积加工结合。其中，第一阻尼层为Fe-Cr系合金，第二阻尼层为Zn-Al系合金，所述Zn-Al系合金中各个组分及其含量为Al20-30wt％，Cu1-5wt％，Mg0.01-0.1wt％，其余为Zn；所述Fe-Cr系合金中各个组分及其含量为Cr10-20wt％，Al1-5wt％，Si0.1-2wt％，其余为Fe。上述结构阻尼复合材料的制备方法包括以下步骤：1)以合金钢或Al合金为阴极，以作为第一阻尼层来源的第一电极为阳极，利用电火花沉积加工将第一电极沉积到合金钢或Al合金的表面并形成Fe-Cr系合金阻尼层；2)以作为第二阻尼层来源的第二电极为阳极，利用电火花沉积加工将第二电极沉积到Fe-Cr系合金阻尼层的表面并形成Zn-Al系合金阻尼层。其中，第一电极和第二电极的沉积过程均至少包含沿N(N≥1)个方向的进给运动。第一阻尼层和第二阻尼层均由至少两层沉积层组成，相邻两层沉积层的沉积方向不相平行，一种优选的方式是使相邻两层沉积层的沉积方向垂直。沉积过本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备多层复合材料的方法，所述多层复合材料包含基体层、第一结构层和第二结构层，其制备过程包括以下步骤：1)以基体层为阴极，以作为第一结构层来源的第一电极为阳极，利用电火花沉积加工将第一电极沉积到基体层的表面并形成第一结构层；2)以作为第二结构层来源的第二电极为阳极，利用电火花沉积加工将第二电极沉积到第一结构层的表面并形成第二结构层；其中，第一电极和第二电极的沉积过程均至少包含沿N(N≥1)个方向的进给运动。

【技术特征摘要】
1.制备多层复合材料的方法，所述多层复合材料包含基体层、第一结构层和第二结构层，
其制备过程包括以下步骤：
1)以基体层为阴极，以作为第一结构层来源的第一电极为阳极，利用电火花沉积加工将
第一电极沉积到基体层的表面并形成第一结构层；
2)以作为第二结构层来源的第二电极为阳极，利用电火花沉积加工将第二电极沉积到第
一结构层的表面并形成第二结构层；
其中，第一电极和第二电极的沉积过程均至少包含沿N(N≥1)个方向的进给运动。
2.如权利要求1所述的制备多层复合材料的方法，其特征在于：第一结构层和第二结构
层均由至少两层沉积层组成。
3.如权利要求2所述的制备多层复合材料的方法，其特征在于：所述相邻两层沉积层的
沉积方向不相平行。
4.如权利要求1所述的制备多层复合材料的方法，其特征在于：所述第一电极和第二电
极分别为一个具有两层结构的电极的其中一层。
5.由权利要求1-4任一项所述的方法所制备的结构阻尼复合材料，包含基体层、第一结
构层和第二结构层，其特征在于：所述第一结构层和第二结构层分别为由阻尼材料构成的第
一阻尼层和第二阻尼层。
6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达，范兴文，陈兵，肖长源，张敏敏，刘赞，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51