Karbon kompozit ile alüminyum alaşımını yapıştırmada mekanik kilitleme sağlamak için lazerle yüzey işleme prosesi optimizasyonu

Abstract

Havacılık uygulamalarında birleştirme tekniği olarak kullanılmakta olan yapıştırma bağlantılarında hibrit malzeme olarak AA2024-T3 ve CFRP kompozitleri dikkati çekmektedir. Yapıştırma bağlantılarının performansını artırmak üzere yapılan tasarım girişimlerinin birisi de yüzey hazırlığıdır. Yüzey hazırlığının genel olarak amacı hem mekanik kilitleme sağlayacak pürüzlülükte hem de kimyasal bağlanma sağlayacak özellikte olan bir yapı elde etmektir. Çalışmanın özgünlüğü de mekanik kilitleme sağlamak üzere kimyasal metotlara nazaran daha sağlığa ve çevreye duyarlı, kontrol edilebilirliği ve tekrarlanabilirliği yüksek olan lazer işleme tekniğinin kullanılması esasına dayanmaktadır. Özellikle belirli bir malzeme ve belirli bir lazer türü için birbirleri ile uyumlu lazer işleme prosesi optimizasyonu yapıştırma bağlantısı performansının geliştirilmesinde elzem bir literatür problemi doğurmaktadır. AA2024-T3 alaşımının fiber lazer ile işlenerek yapıştırma performansının geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaç için lazer işleme prosesi yüzeyde mekanik kilitleme sağlayarak yapıştırma dayanımının artırılmasına yönelik optimizasyona tabi olmuştur. Sadece AA2024-T3 alüminyum alaşımı yüzeyinin kanal tipi girintilerden oluşan yüzey yapısında olacak şekilde fiber lazer işleme proses parametre optimizasyonu ile elde edilen AA2024-T3/CFRP yapıştırma dayanımı 6,46 MPa'dan 23,58 MPa seviyesine çıkarılmıştır. Bu değer endüstride ve literatürde yaygınca kullanılan ancak gün geçtikte kısıtlanmaya çalışılan kimyasal metotlardan FPL dağlama metodunun sağladığı yapıştırma dayanımı sonucu ile (23,52 MPa) kıyaslanabilir ölçüde başarılı olmuştur. Kanal tipi girintilerin mekanik kilitleme ve dolayısıyla yapıştırma dayanımını daha da artırması için geometrik boyutlarının değiştirilmesine karar verilmiştir. Bu amaçla kanal derinliği ve genişliğinin değiştirilmesi amacıyla lazer tekrar sayısı, kanallar arası mesafe, kanalların çekme yönüne göre açısı ve tüm bu parametreler doğrultusunda açısal desenler üzerinde çalışmalar yapılarak yapıştırma dayanımındaki değişiklikler rapor edilmiştir. AA2024-T3 yüzeyine uygulanan lazer işlemenin 5. tekrarıyla elde edilen kanalların derinlik ve genişliklerinin değişimine bağlı olarak mekanik kilitlemede sağlanan iyileşme sonucu AA2024-T3/CFRP yapıştırma dayanımı 23.58 MPa'dan 26,48 MPa'a çıkarılmıştır.

AA2024-T3 and CFRP composites attract attention as hybrid materials in bonding joints used as joining techniques in aviation applications. One of the design attempts to improve the performance of adhesive bonds is surface preparation. The general purpose of the surface preparation is to obtain a structure that is both rough enough to provide mechanical locking and has the property to provide chemical bonding. The specificity of the project is based on the use of laser processing technique, which is more health and environmentally sensitive than chemical methods, and has high controllability and reproducibility, in order to provide mechanical locking. In particular, optimization of the compatible laser processing process for a particular material and a specific type of laser poses an essential literature problem in improving the bonding joint performance. It is aimed to improve the bonding performance of AA2024-T3 alloy by processing fiber laser. For this purpose, laser processing processes have been subject to optimization to increase the bond strength by providing mechanical locking on the surface. AA2024-T3 / CFRP bonding strength obtained by fiber laser processing process parameter optimization so that the AA2024-T3 aluminum alloy surface is from channel type indentations has been increased from 6.46 MPa to 23.58 MPa. This value has been comparably successful with the bonding strength (23.52 MPa) provided by the FPL etching method, which is one of the chemical methods widely used in industry and literature, but which is tried to be restricted day by day. It has been decided to change the geometrical dimensions of the channel type indentations in order to increase the mechanical locking and thus the bonding strength. To change the depth and width of the channel, the number of laser repetitions, the distance between the channels, the angle of the channels according to the tensile direction and the angular patterns in line with all these parameters, the changes in the bonding strength were reported. The bond strength of AA2024-T3/CFRP was increased from 23.58 MPa to 26.48 MPa as a result of the improvement achieved in mechanical interlocking depending on the change in the depth and width of the channels obtained by the 5th repetition of the laser processing.