在我国“双碳”目标的驱动下，轻量化设计与制造成为制造业发展的必然趋势。轻质合金与热塑性复合材料形成的多材料混合结构，成为装备轻量化的未来主要表现形式，可实现局部减重30-40%，在航空航天、轨道交通、汽车等行业具有广泛应用前景。但是，金属与热塑性复合材料的微观结构和热物理性能差异巨大，难以直接进行熔化焊接，使得实现两者的高强度直接热连接成为异质材料连接领域的研究热点。激光连接作为工业适用性较强的热连接工艺，通过优化工艺窗口及施加界面压力可使金属与热塑性复合材料达成可靠连接，但直接连接的接头强度较低，因此需要界面调控。

近日，哈尔滨工业大学檀财旺教授团队提出通过一种通过化学合成功能性高分子结构定向诱导高密度二次交互作用的界面调控技术，即：根据金属及热塑性复合材料的原子及官能团组成，合成功能性席夫碱聚合物，通过金属原子与席夫碱官能团的络合作用及热塑性复合材料与功能性席夫碱聚合物中的极性官能团间的二次交互作用，结合高分子结构实现对金属/热塑性复合材料热连接界面高密度二次交互作用的定向诱导。

相关论文以题为“Directionally induced high-density secondary interaction for enhancing the bonding reliability of titanium alloy and CFRTP via functional Schiff base-contained polymer”发表在Composites Part B: Engineering上。论文第一作者为哈工大春雁英才计划入选者博士生苏健晖（目前正在新加坡国立大学进行联合培养），第一通讯作者为哈尔滨工业大学檀财旺教授，共同通讯作者为哈尔滨工业大学宋晓国教授，该工作得到了国家自然科学基金、山东省优青、哈工大青年拔尖人才、中车研究院等基金的资助。

原文链接： https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111316

作者以TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮为待连接材料，通过筛选待连接材料内的金属原子及官能团组成，通过化学合成手段成功制备了功能性席夫碱聚合物。通过定量喷涂法向TC4钛合金表面引入均匀的纳米级功能性涂层，纳米级功能性席夫碱高分子结构在激光连接过程中对TC4钛合金内钛原子与碳纤维增强热塑性复合材料内极性官能团实现了高密度二次交互作用的定向诱导，通过傅立叶红外光谱将交互作用进行精确捕捉与鉴定，并通过第一性原理分析进一步验证了作用机理及调控的定向性。改性的钛合金/热塑性复合材料激光连接接头性能提升了287%。同时，该技术的成本/效益系数低于目前界面强化研究领域报道的平均水平，具有较好的市场应用前景，并成功制备工业可应用的大尺寸构件。

(a)功能性席夫碱聚合物的合成; (b) 合成的功能性席夫碱聚合物及其定量喷涂示意图; (c) 功能性席夫碱聚合物的界面调控示意图

(a) 功能性席夫碱聚合物作用下TC4与CFRTP激光连接界面FT-IR分析; (b)界面高密度二次交互作用第一性原理验证; (c) 功能性席夫碱聚合物定向调控界面作用机理; (d) 功能性席夫碱聚合物调控下接头结合强度提升效果

这项研究突破了现有针对调控机械嵌合机制的微织构引入加工时效长、调控化学键合机制的界面键合诱导困难等局限，创新地结合化学合成手段，通过制备功能性调控结构诱导高密度二次交互作用，实现对金属/热塑性复合材料热连接界面较弱连接机制的定向强化。该技术也为金属/热塑性复合材料热连接界面定向调控提供新思路，为界面的二次交互作用的定向诱导、鉴定及验证奠定了理论基础。