Effect of the Surface Texture on Laser Joining of a Carbon Fiber-Reinforced Thermosetting Plastic and Stainless Steel

Abstract

A carbon fiber-reinforced thermosetting plastic and stainless steel were joined by the fiber laser. The surface texture effect on the joint was investigated. The abrasive paper scratching is shown to form single directional striae on stainless steel with intermittent ridges. Laser texture processing creates uniformly distributed microdimples and ridges, which forms a rectangular cellular structure. This processing can improve the fluidity of molten polyphenylene sulfite during laser joining. Laser scanning on stainless steel results in the formation of fusion and heat-affected zones. In the heat-affected zone, lathy ferrite is located along the boundary, while in the fusion zone, ferrite forms the skeletal structure and separates austenite into a cellular structure. The surface texture modification can contribute to the adhesive strength between stainless steel and polyphenylene sulfite through on enlarged contact surface area by forming striae, microdimples, and ridges. As compared to the abrasive paper scratching, the stainless steel/plastic joint with laser texture processing exhibits a higher shear strength.

Реактопласт, армированный углеродным волокном, и нержавеющую сталь соединяли с помощью волоконного лазера. Изучено влияние текстуры поверхности на качество соединения. Показано, что царапание абразивной бумагой поверхности нержавеющей стали вызывает появление отдельных направленных бороздок, перемежающихся выступами. Лазерная обработка текстуры приводит к возникновению равномерно распределенных микролунок и выступов, образующих прямоугольную ячеистую структуру. Такая обработка может улучшать текучесть полифениленсульфитного расплава при лазерном соединении. Лазерное сканирование поверхности нержавеющей стали приводит к образованию зон проплавления и термического влияния. В зоне термического влияния игольчатый феррит располагается вдоль границы, тогда как в зоне проплавления он образует скелетную структуру и выделяет аустенит в ячеистую структуру. Модификация текстуры поверхности увеличивает прочность сцепления между нержавеющей сталью и полифениленсульфитом за счет расширения площади поверхности контакта вследствие образования бороздок, микролунок и выступов. Соединение нержавеющая сталь реактопласт после лазерной обработки текстуры по сравнению с царапанием обладает более высоким сопротивлением сдвигу.

Реактопласт, армований вуглецевим волокном, і нержавіючу сталь з'єднували за допомогою волоконного лазера. Вивчено вплив текстури поверхні на якість з'єднання. Показано, що дряпання абразивним папером поверхні нержавіючої сталі викликає поява окремих спрямованих борозенок, що перемежовуються виступами. Лазерна обробка текстури призводить до виникнення рівномірно розподілених мікролунок і виступів, що утворюють прямокутну комірчасту структуру. Така обробка може покращувати плинність поліфеніленсульфітного розплаву при лазерному з'єднанні. Лазерне сканування поверхні нержавіючої сталі призводить до утворення зон проплавления і термічного впливу. У зоні термічного впливу голчастий ферит розташовується уздовж кордону, тоді як в зоні проплавлення він утворює кісткову структуру і виділяє аустенит в пористу структуру. Модифікація текстури поверхні збільшує міцність зчеплення між нержавіючої сталлю і поліфеніленсульфітом за рахунок розширення площі поверхні контакту внаслідок утворення борозенок, мікролунок і виступів. З'єднання нержавіюча сталь-реактопласти після лазерної обробки текстури в порівнянні з дряпанням володіє більш високим опором зсуву.