在我國“雙碳”目標的驅動下，輕量化設計與制造成為制造業發展的必然趨勢。輕質合金與熱塑性復合材料形成的多材料混合結構，成為裝備輕量化的未來主要表現形式，可實現局部減重30-40%，在航空航天、軌道交通、汽車等行業具有廣泛應用前景。但是，金屬與熱塑性復合材料的微觀結構和熱物理性能差異巨大，難以直接進行熔化焊接，使得實現兩者的高強度直接熱連接成為異質材料連接領域的研究熱點。激光連接作為工業適用性較強的熱連接工藝，通過優化工藝窗口及施加界面壓力可使金屬與熱塑性復合材料達成可靠連接，但直接連接的接頭強度較低，因此需要界面調控。

近日，哈爾濱工業大學檀財旺教授團隊提出通過一種通過化學合成功能性高分子結構定向誘導高密度二次交互作用的界面調控技術，即：根據金屬及熱塑性復合材料的原子及官能團組成，合成功能性席夫堿聚合物，通過金屬原子與席夫堿官能團的絡合作用及熱塑性復合材料與功能性席夫堿聚合物中的極性官能團間的二次交互作用，結合高分子結構實現對金屬/熱塑性復合材料熱連接界面高密度二次交互作用的定向誘導。

相關論文以題為“Directionally induced high-density secondary interaction for enhancing the bonding reliability of titanium alloy and CFRTP via functional Schiff base-contained polymer”發表在Composites Part B: Engineering上。論文第一作者為哈工大春雁英才計劃入選者博士生蘇健暉（目前正在新加坡國立大學進行聯合培養），第一通訊作者為哈爾濱工業大學檀財旺教授，共同通訊作者為哈爾濱工業大學宋曉國教授，該工作得到了國家自然科學基金、山東省優青、哈工大青年拔尖人才、中車研究院等基金的資助。

原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111316

作者以TC4鈦合金與碳纖維增強聚醚醚酮為待連接材料，通過篩選待連接材料內的金屬原子及官能團組成，通過化學合成手段成功制備了功能性席夫堿聚合物。通過定量噴涂法向TC4鈦合金表面引入均勻的納米級功能性涂層，納米級功能性席夫堿高分子結構在激光連接過程中對TC4鈦合金內鈦原子與碳纖維增強熱塑性復合材料內極性官能團實現了高密度二次交互作用的定向誘導，通過傅立葉紅外光譜將交互作用進行精確捕捉與鑒定，并通過第一性原理分析進一步驗證了作用機理及調控的定向性。改性的鈦合金/熱塑性復合材料激光連接接頭性能提升了287%。同時，該技術的成本/效益系數低于目前界面強化研究領域報道的平均水平，具有較好的市場應用前景，并成功制備工業可應用的大尺寸構件。

(a)功能性席夫堿聚合物的合成; (b) 合成的功能性席夫堿聚合物及其定量噴涂示意圖; (c) 功能性席夫堿聚合物的界面調控示意圖

(a) 功能性席夫堿聚合物作用下TC4與CFRTP激光連接界面FT-IR分析; (b)界面高密度二次交互作用第一性原理驗證; (c) 功能性席夫堿聚合物定向調控界面作用機理; (d) 功能性席夫堿聚合物調控下接頭結合強度提升效果

這項研究突破了現有針對調控機械嵌合機制的微織構引入加工時效長、調控化學鍵合機制的界面鍵合誘導困難等局限，創新地結合化學合成手段，通過制備功能性調控結構誘導高密度二次交互作用，實現對金屬/熱塑性復合材料熱連接界面較弱連接機制的定向強化。該技術也為金屬/熱塑性復合材料熱連接界面定向調控提供新思路，為界面的二次交互作用的定向誘導、鑒定及驗證奠定了理論基礎。