层压减振复合钢板拉伸剪切破断区的ＸＰＳ分析王成国，孙希泰，刘旭刚（山东工业大学材料工程系 济南２５００１４）朱静，蔡其巩（冶金工业部钢铁研究总院北京１０００８１）摘要选用Ｃ１ｓ ，Ｃｌ１ｓ，Ｎ１ｓ等信号作为ＸＰＳ（Ｘ射线光电子港法）分析信号，对酚醛树脂氯丁胶和聚氨 酯胶为夹层的层压减振复合钢板的拉伸剪切破断区分别进行测试分析．结果发现，破断区的分析信 号强度小于高聚物的、大于钢板的分析信号强度；层压减振复合钢板的拉伸剪切破坏不是发生在钢 板与高聚物的界面上，而是在亚界面层内破坏．关键词化学分析电子谱法；固体－固体界面；拉剪 切试验申国分类号ＴＢ３０２．３；ＴＢ３３．３３３；ＴＧｌｌ５．２２１；ＴＧｌｌ５、５２ 南一作者简介王成国，男，副教授，１９５８年出生．１９８２年毕业于山东Ｌ业大学（本科）， １９８５年在山东Ｌ业大学获硕士学位．主要研究方向：金属基复合材料．０引言层压减振复合钢 板是为适应减少振动，降低噪音的社会需要而开发的新型复合材料’‘－”．因其结构是由高聚物 粘弹性阻尼材料夹在两普通钢板之间组成，则高聚物材料的性能对层压复合钢板的减振性能及加工 成形性能起决定性作用．复合钢板的加工成形性能与”其拉伸剪切强度有关，拉伸剪切强度愈高， 材料的加工成形性能愈好’‘’．而拉伸剪切强度的差异对应不同的破坏形式，当呈现高聚物内聚 破坏时，复合钢板拉伸剪切强度低；当呈现类界面破坏和高聚物撕裂的混合破坏形式时，复合钢板 拉伸剪切强度较高．本研究的目的在于用ＸＰＳ分析方法揭示层压减振复合钢板类界面破断区的实 质，明确拉伸剪切破坏根源之所在，以期对研制新型层压减振复合钢板有指导作用．收稿日期：１ ９９３－１０－０４１９９４年改为山东工业大学材料科学与工程学院本研究为山东省科委资助项 目ｌ试验方法分别选用酚醛树脂氯了胶和聚氨酯胶作为夹层材料，将其涂刷在厚度为０．ｓｍｍ， 经２０％Ｈ。ＰＯ。处理的两钢板的表面，然后，将涂有胶液的两钢板压合，用轧制方法制得层压 减振复合钢板．在已制得的复合钢板上截取尺寸为３０ｍｍＸ２４０ｍｍＸＩ．１０～１．２５ｍ ｍ的拉伸剪切试样，在ＳＣＨＥＮＣＫＲＳＡ２５０拉伸试验机上做拉伸剪切试验·从拉伸剪切破 坏后的试样上截取尺寸为１０ｍｉｎＸ１０ｍｍ左右的试片，用ＪＡＸ—８４０扫描电镜观察破坏 区形貌特征．在由ＳＥＭ确定的类界面破断区上截取尺寸为ｓｍｍＸＩｏｍｍ左右的试片作为ＸＰ Ｓ分析用试样，测试用仪器为ＰＨＩ５３００ＥＳＣＡ（ＸＰＳ）Ｓｙｓｔｅｍ，用ＭｇＫ。Ｘ射 线作为激发光源，施加”的电压电流分别为１２ｋＶ，２０ｍＡ，检测分析过程中的仪器真空度为 １０－６Ｐａ左右．为考察附着在钢板表面的高聚物的厚度，在ＸＰＳ仪器试样室内用氟离子刻蚀 破断区表面２０ｍｉｎ和５０ｍｉｎ，氖离子电流约１．３卜Ａ．为便于分析比较，对高聚物夹层 材料和经２０％Ｈ。ＰＯ。处理的钢板表面也进行了ＸＰＳ分析．２试验结果及分析２．ｌ破断区 的ＳＥＭ形态图１示出了酚醛树脂氯丁胶和聚氨酯胶为夹层的层压减振复合钢板拉伸剪切破坏后的 破断区ＳＥＭ照片．从图中看到，拉伸剪切破坏属混合破断特征，图１（ａ）中的酚醛树脂氯丁胶 在许多处被撕裂，图１（ｂ）中的聚氨酯胶也在多处呈内聚破坏；而两图中Ａ，Ｂ区域的破坏类似 于钢板与高聚物间的界面位置．图１层压减振复合钢板拉伸剪切破断区ＳＥＭ照片Ｘ２０２．２酚 醛树脂氯Ｔ胶ＸＰＳ分析为明确拉伸剪切破坏区的实质，对酚醛树脂氯丁胶为夹层的复合钢板拉伸 剪切破坏后的类界面破断区（图１（ａ）中Ａ，Ｂ区）进行了全扫描ＸＰＳ分析．由图２所示结果 可见，破断区主要存在氧、碳、氯三元素．这样，对酚醛树脂氯丁胶，破断区表面和经２０％Ｈ。 ＰＯ４处理的钢板分别测试其Ｑｓ，Ｏ；。，ＣＬ谱，并加以比较分析，就可对破断区的实质有了 新的认识．图３示出了Ｃ；。ＸＰＳ借图，纯酚醛树脂氯丁胶具有较高的Ｃ；ｓ峰，其结合能为２ ８５ｅＶ；类界面破断区的Ｃ；ｓ峰的结合能没有变化，仅其相对强度降低；而经２０％Ｈ。ＰＯ ４处理的钢板表面的Ｃ；ｓ峰更低．这些结果说明，在类界面破断区仍附着了一定量的酚醛树脂氯 丁胶，也就是说，层压减振复合钢板的拉伸剪切破坏实际上不发生在钢板与高聚物之间的界面上． 为证实这一论点，我们又分别测得ＣＩｌｓ谱和Ｏ；。谱，示于图４，５．从图４中可见，钢板表 面不存在氯元素，但拉伸剪切破坏后的断裂面上的ＣＩ；ｓ峰具有相当的强度．这同样说明了类界 面断裂区表面存在一薄层高聚物．图５的Ｏ；ｓ谱不能很好地说明界面区的结构变化，这是因为经 ２０％Ｈ；ＰＯ。处理的钢板表面存在较多氧化物，使钢板表面的Ｏ；ｓ峰强度较高．２．３聚氨 酯胶ＸＰＳ分析图６是聚氨酯胶为夹层的复合钢板拉伸剪切后的类界面区（图１（ｂ）中Ａ，Ｂ区 ）的全扫描ＸＰＳ谱图，可见，破断区表面主要存在氧、氮、碳三元素．如图５所示，钢板表面存 在较多的氧，不适于用作分析信号．在这里，仅用Ｃｌｓ和Ｎ；。信号对类界面破断区进行分析． 由国。７的Ｃ。ｓ的ＸＰＳ谱图可以看出，聚氨酯Ｃ；。谱出现双峰，其结合能分别是２８５ｅＶ 和２８９ｅＶ，左端小峰是聚氨酯的特征峰，以此作为分析信号对类界面破断区进行分析是可行的 ．类界面破断区的Ｃ；。谱同样出现双峰，且其左端的峰值强度与纯聚氨酯的一致．对类界面破断 区用氟离子刻蚀２０ｍｉｎ，其Ｃ；ｓ谱仍具有聚氨酯的特征，仅其左端的峰值强度降低．经２０ ％ＨｓＰＯ４处理的钢板的Ｃ；ｓ谱只存在结合能为２８５ｅＶ的单峰．这些结果已说明在图２（ ｂ）所示Ａ，Ｂ类界面破断区上还有聚氨酯胶存在．经２０％Ｈ。ＰＯ。处理的钢板表面不存在氮 元素，因而其Ｎ１ｓ峰不出现，这从图８的测试结果已得到说明．但拉伸剪切破坏后的类界面区出 现的Ｎｌ。峰，无论从相对强度，还是从结合能来看，都与聚氨酯本体的Ｎ；。峰特征相同．用氟 离子刻蚀２０ｍｉｎ，５０ｍｉｎ，破断区表面的氮浓度由０．８９％降为０．５７％，０．４９ ％．经过上述分析得知，层压减振复合钢板的拉伸剪切破坏不是发生在钢板与高聚物间的界面上， 而是亚界面层内破坏．由图２，６的类界面破断区全扫描ＸＰＳ分析得知，表面上主要存在氧、碳 、氮、氯等元素，说明亚界面层主要由高聚物本体组成．３结论（ｌ）类界面破断区的Ｃ；ｓ，Ｃ Ｉ；ｓ，Ｎ１。分析信号的强度低于高聚物本体的大于钢板的信号强度．随红离子刻蚀时间增加， Ｃ；ｓ，Ｎｌｓ峰强度降低．（２）层压减振复合钢板拉伸剪切破坏不是发生在钢板与高聚物间的 界面上，而是亚界面层破坏．这一亚界面层主要由高聚物本体组成．参考文献｜｜１ＣｈｅｎＹＳ ，ＨｓｕＴＪ，ＣｈｅｎＳＩ．ＶｉｂｒａｔｉｏｎＤａｍｐｉｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉ ｃｓｏｆＬａｍｉｎａｔｅｄＳｔｅｅｌＳｈｅｅｔ．ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＴｒａｎｓａ ｃｔｉｏｎｓ，１９９１，２２（３）：Ａ６５３～６５６２ＰｅｎｎｉｎｇｔｏｎＮ．Ｎｏｉｓ ｅ－ｄａｍｐｉｎｇＳａｎｄｗｉｃｈ．ＭｏｄｅｒｎＭｅｔａｌ，１９８７，（８）：１４～２ ２３渡边裕吉，藤井康司，西本昭彦．用聚合物合金技术复合的减振性和结合性．铁和钢，１９８ ９，７５（９）：２５２－２５８４由田征史．树脂复合钢板的加工成形性．塑性和加工，１９９ １，３２（３６０）：４１～４７ＸＰＳＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＴＥＮＳＩＬＥＳＨＥＡＲＦＡＩ ＬＵＲＥＺＯＮＥＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＤＡＭＰＩＮＧＬＡＭＩＮＡＴＥＤＳＴＥＥＬＳＨＥ ＥＴ￥ＷａｎｇＣｈｅｎｇｇｕｏ；ＳｕｎＸｉｔａｉ；ＬｉｕＸｕｇａｎｇｅｔａｌ（Ｄｅｐｔ ．ｏｆＭａｔｅｒ．Ｅｎｇ．，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．，Ｊｉｎａｎ２５０ ０１４）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｅｌｅｃｔｓＣ１ｓ，Ｃｌ１ｓ，ａｎｄＮ１ｓｓｉｇｎａｌｓａ ｓＸＰＳａｎａｌｙｚｉｎｇｓｉｇｎａｌ，ｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｈｅａｒｆ ａｉｌｕｒｅｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｄａｍｐｉｎｇｌａｍｉｎａｔｅｄｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔ ｕｓｉｎｇｒｅｓｐｅｃｔｉｖｉｌｙｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ－ｃｈｌｏｒｏｐｒｅｎｅｒ ｕｂｂｅｒｐｏｌｙｍｅｒａｎｄｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅａｓｓａｎｄｗｉｃｈｅｄｌａｙｅ ｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆａｎａｌｙｚｉｎ ｇｓｉｇｎａｌｏｆｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｚｏｎｅｉｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔ ｈｅｈｉｇｈｐｏｌｙｍｅｒ，ｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔ ．Ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｄａｍｐｉｎｇｌａ ｍｉｎａｔｅｄｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｏｃｃｕｒｓａｔｔｈｅｓｕｂ－ｉｎｔｅｒｆａｃｅｌａ ｙｅｒｒａｔｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｐｌｏｙｍｅｒ－ｓｔｅｅｌｓｈｅ ｅｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｆｏｒｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ３Ｓｏｌｉｄ－ｓｏｌｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ；Ｔｅｎｓｉｌｅ－ｓｈｅａ ｒｔｅｓｔｓ．ＡＢＯＵＴＴＨＥＦＩＲＳＴＡＵＴＨＯＲＷａｎｇＣｈｅｎｇｇｕｏ，ｍａｌｅ ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｗａｓｂｏｒｎｉｎ１９５８．Ｈｅｇｒａｄｕａｔ ｅｄｆｒｏｍＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｌｙ．ｏｆＴｅｃｈ．ｉｎ１９８２，ｒｅｃｅｉｖｅｄｈｉ ｓＭａｓｔｅｒｄｅｇｒｅｅｆｒｏｍＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｌｙ．ｏｆＴｅｃｈ．ｉｎ１９８５ ．Ｈｉｓａｒｅａｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｃｌｕｄｅｓｍｅｔａｌｌｉｃｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．层压减振复合钢板拉伸剪切破断区的XPS分析@王成国，孙希泰，刘旭刚，朱静，蔡其巩$冶金工业部钢铁研究总院，山东工业大学材料科学与工程学院化学分析电子谱法；固体－固体界面；拉剪切试验选用Ｃ１ｓ，Ｃｌ１ｓ，Ｎ１ｓ等信号作为ＸＰＳ（Ｘ射线光电子港法）
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