飞秒激光直写剥离层结构增强铝合金粘接性能的研究

本文推荐：该研究创新性地采用飞秒激光（femtosecond laser）在铝合金表面直写剥离层（peel ply）微纳结构，通过调控结构间距（pitch）和激光能量密度（fluence），使接触角从76°降至6.5°，表面极性显著增强，剪切强度提升51%。研究为航空航天轻量化薄壁结构的粘接（adhesive bonding）提供了表面改性新策略，揭示了粗糙度、化学态与粘接性能的关联机制。

　　

Highlight

飞秒激光直写技术为铝合金粘接（adhesive bonding）提供了革命性解决方案：通过精准制备剥离层（peel ply）结构，实现表面接触角从76°到6.5°的断崖式下降，剪切强度飙升51%！

Results and discussion

如图1所示，1030 nm飞秒激光通过振镜系统（galvo scanner）在铝合金表面雕刻出方格阵列剥离结构，方格边长L固定为0.5 mm，沟槽间距d可调。这种垂直交错的沟槽群组（groove groups）仿生自碳纤维增强树脂（CFRP）的编织结构，通过微机械互锁（micro-meshing）效应显著提升界面结合力。XPS分析显示激光处理后的表面含氧极性基团增加，形成"环氧树脂磁铁"般的化学吸附位点。

Conclusion

本研究证实飞秒激光直写的剥离层结构具有双重增益：几何上扩大接触面积形成机械锚定（interlock），化学上增强表面极性促进环氧树脂（epoxy）浸润。该技术为航空发动机薄壁构件（thin-walled structures）的可靠连接提供了新范式。