مطالعه تجربي تاثير سيكل سرمايشي و اصلاح سطحي فلز بر خواص خمشي كامپوزيت لايه اي آلومينيوم-اپوكسي/ الياف بازالت

Experimental study of the effect of cryogenic cycling and metal surface treatment on flexural properties of aluminum- epoxy/basalt fibers laminate composite

در تحقيق حاضر، تاثير سيكل سرمايشي بر خواص خمشي كامپوزيت لايه اي الياف-فلز مورد مطالعه قرار گرفت. كامپوزيت لايه اي الياف-فلز از دو لايه آلومينيوم 2024-T3 و يك لايه كامپوزيت زمينه اپوكسي تقويت شده با الياف بازالت به روش لايه گذاري دستي ساخته شد. به منظور افزايش چسبندگي بين ورق آلومينيومي و كامپوزيت پليمري، اصلاح سطحي آلومينيوم به روش هاي مكانيكي (سنباده زني)، شيميايي (حكاكي) و الكتروشيميايي (آندايز) انجام پذيرفت. هر سيكل سرمايشي در مدت زمان 4 دقيقه بين دماي-40 ° C و 25 ° C انجام شد. خواص خمشي نمونه ها بعد از 15و 30 سيكل سرمايشي مورد ارزيابي قرار گرفت و با خواص خمشي نمونه هاي بدون سيكل سرمايشي مقايسه شد. با افزايش تعداد سيكل سرمايشي، در نمونه هاي با آلومينيوم اصلاح سطحي شده به روش آندايز، خواص خمشي ابتدا افزايش يافته و سپس كاهش يافت ولي براي نمونه هاي با آلومينيوم اصلاح سطحي شده به روش حكاكي، خواص خمشي رفتار كاهشي را نشان داد. در نمونه با اصلاح سطحي سنباده زني، مدول و انرژي شكست ابتدا افزايش و سپس كاهش يافت، ولي استحكام خمشي سير نزولي داشت. بررسي ميكروسكوپي نيز نشان داد علت كاهش خواص خمشي براي نمونه هاي با آلومينيوم حكاكي شده و كاهش استحكام خمشي براي نمونه با آلومينيوم سنباده زده شده بعد از سيكل سرمايشي، تغيير مكانيزم شكست از شكست كامپوزيت به جدايش بين لايه هاي كامپوزيت است، در حالي كه براي كامپوزيت هاي با آلومينيوم آندايز شده، اين مكانيزم، شكست كامپوزيت بوده كه با انجام سيكل سرمايشي تغييري نكرد.

In this article, the effect of cryogenic cycling on flexural properties of fiber metal laminate (FML) has been investigated. This laminates were composed by two aluminum 2024-T3 plates and an epoxy matrix composite ply formed by four layers of basalt fibers by hand lay- up technique. Various surface treatments include mechanical (grinding), chemical (etching) and electrochemical (anodizing) were used for improving the adhesion between polymer composite layer and aluminum sheet. Each cryogenic cycle was carried out in 4 min and temperature range was between -40 °C and 25 °C. Flexural properties were evaluated on samples after 15 and 30 cycles and compared to non-exposed samples. While the cryogenic cycling decreased the flexural strength of the FML with etched aluminum, increasing at first, and then decreasing after a while was observed in the FML with anodized aluminum. About samples that the FML with grinded aluminum, both of flexural modulus and fracture energy increased at first and then decreased; while the flexural strength decreased continuously. Evaluation of optical microscope showed that the reason of decreasing in flexural properties about samples with etched aluminum and also decreasing in flexural strength for samples with grinded aluminum after cycles is changing in mechanism of failure from failure of composite to separation between layers of FML; while about FMLs with anodized aluminum, the only observed mechanism was failure of composite and it has not changed.