Thermocycling test of a titanium-carbon fiber adhesive joint produced using laser texturing technology


Citar

Texto integral

Resumo

In spacecraft load-bearing structures, adhesive bonding of titanium alloy and composite material parts is often used. To increase the strength of the adhesive bond of the titanium-carbon fiber reinforced plastic pair, preliminary treatment of the bonded surfaces is necessary. In this paper, it is proposed to use laser texturing to process the metal surface. The main objective of the study is to experimentally determine the strength characteristics of the adhesive bond of carbon fiber reinforced plastic and titanium alloy with different modes of laser processing of the metal surface and to determine the effect of thermal cycling on the samples of the adhesive bond. The surface of the OT-4 titanium alloy was laser processed in different modes, after which the samples were glued with VK-9 and LOCTITE® EA 9394 AERO glue. The glued samples were subjected to thermal cycling in a vacuum chamber in the temperature range from –150 to +150 °C. Shear testing of adhesive bond samples showed that laser texturing increases bond strength by an average of 60% for LOCTITE® EA 9394 AERO adhesive and by 142% for VK-9 adhesive. Samples with laser texturing have a cohesive nature of failure on carbon fiber. During thermal cycling, most samples show a slight decrease in adhesive bond strength by an average of 6...8%. The results show that the use of laser processing to prepare titanium alloy before bonding with composite material is a promising method for increasing the strength of adhesive bonds for spacecraft components.

Sobre autores

M. Rudenko

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Autor responsável pela correspondência
Email: rudenko_ms@sibsau.ru
ORCID ID: 0000-0002-1074-2548

Senior Lecturer of the Department of Aircraft

Rússia

A. Girn

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Email: girn007@gmail.com

Candidate of Science (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Aircraft

Rússia

A. Mikheev

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Email: michla@mail.ru

Doctor of Science (Engineering), Professor, Professor of the Department of Aircraft

Rússia

V. Taigin

JSC Information Satellite Systems named after academician M.F. Reshetnev

Email: taygin@iss-reshetnev.ru

Head of the Sector of the Department for the Development of Antenna Systems and the Assembly of Payloads of Spacecraft

Rússia

Bibliografia

  1. Terletsky G.S., Zykov A.O., Taygin V.B. Analysis of the designs of membrane transformable antennas for spacecraft. Spacecrafts and Technologies. 2022. V. 6, no. 3 (41). Р. 149-162. (In Russ.). doi: 10.26732/j.st.2022.3.01
  2. Volkov M.V., Dvirny V.V. Solar battery frame made of pipes triangular cross-section. Spacecrafts and Technologies. 2021. V. 5, no. 3 (37). Р. 160-165. (In Russ.). doi: 10.26732/j.st.2021.3.05
  3. Bitkin V.E., Zhidkova O.G., Komarov V.A. Сhoice of materials for producing dimensionally stable load-carrying structures. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2018. V. 17, no. 1. P. 100-117. (In Russ.). doi: 10.18287/2541-7533-2018-17-1-100-117
  4. Anufrienko V.E., Volkov M.V., Nadein I.O., Filippov A.A. A method for preparing the surface of metal fittings for gluing with tubes made of composite material. Materialy XXVI Mezhdunarodnoy Nauchno-Prakticheskoy Konferentsii «Reshetnevskie Chteniya», posvyashchennoy pamyati general'nogo konstruktora raketno-kosmicheskikh sistem akademika M.F. Reshetneva (09-11 noyabrya 2022 g., Krasnoyarsk). Chast' 1. Krasnoyarsk: Reshetnev University Publ., 2022. Р. 6-8. (In Russ.)
  5. Khan A.A., Al Kheraif A.A., Alhijji S.M., Matinlinna J.P. Effect of grit-blasting air pressure on adhesion strength of resin to titanium. International Journal of Adhesion and Adhesives. 2016. V. 65. P. 41-46. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2015.11.003
  6. Hu Y., Zhang J., Wang L., Jiang H., Cheng F., Hu X. A simple and effective resin pre-coating treatment on grinded, acid pickled and anodised substrates for stronger adhesive bonding between Ti-6Al-4V titanium alloy and CFRP. Surface and Coatings Technology. 2022. V. 432. doi: 10.1016/j.surfcoat.2021.128072
  7. Sibileva S.V., Karimova S.A. Surface treatment of titanium alloys to provide adhesion properties. Aviation Materials and Technologies. 2013. No. S2. Р. 25-35. (In Russ.)
  8. Prolongo S.G., Ureña A. Effect of surface pre-treatment on the adhesive strength of epoxy-aluminium joints. International Journal of Adhesion and Adhesives. 2009. V. 29, Iss. 1. P. 23-31. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2008.01.001
  9. Udod L.S., Nagovitsin V.N. Preparation of the surface of parts from titanium alloys for gluing with parts from polymer composite materials. Spacecrafts and Technologies. 2022. V. 6, no. 4 (42). Р. 263-271. (In Russ.). doi: 10.26732/j.st.2022.4.05
  10. Min J., Wan H., Carlson B.E., Lin J., Sun Ch. Application of laser ablation in adhesive bonding of metallic materials: A review. Optics and Laser Technology. 2020. V. 128. doi: 10.1016/j.optlastec.2020.106188
  11. Girn A.V., Rudenko M.S., Taigin V.B., Mikheev A.E., Ravodina D.V. The effect of laser surface treatment of titanium samples on the adhesive strength of adhesive joints. Spacecrafts and Technologies. 2022. V. 6, no. 2 (40). Р. 90-101. (In Russ.). doi: 10.26732/j.st.2022.2.03
  12. Rudenko M.S., Girn A.V., Mikheev A.E., Taigin V.B. Laser processing of titanium alloys to increase the strength of adhesive joint with cfrp. Siberian Aerospace Journal. 2023. V. 24, no. 1. Р. 188-194. (In Russ.). doi: 10.31772/2712-8970-2023-24-1-188-194
  13. Alyamovskiy A.I., Davydov D.Ya., Zemtsova E.V., Kopyl N.I. Results of experimental studies into high-temperature adhesive compositions on bismaleimide base as applied to rocket and space hardware. Space Engineering and Technology. 2020. No. 3 (30). Р. 24-34. (In Russ.). doi: 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-3-24-34
  14. Sousaa J.M., Correiaa J.R., Firmo J.P., Cabral-Fonseca S., Gonilha J. Effects of thermal cycles on adhesively bonded joints between pultruded GFRP adherends. Composite Structures. 2018. V. 202. P. 518-529. doi: 10.1016/j.compstruct.2018.02.081
  15. Hu Y., Yuan B., Cheng F., Hu X. NaOH etching and resin pre-coating treatments for stronger adhesive bonding between CFRP and aluminium alloy. Composites Part B: Engineering. 2019. V. 178. doi: 10.1016/j.compositesb.2019.107478

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Declaração de direitos autorais © VESTNIK of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering, 2024

Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição–Compartilhalgual 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».