CN117774340B - 一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属/CFRTP的结构件制备技术领域，具体涉及一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法。针对现有金属/CFRTP结构件复合制备时，因两者材料难以相容，无法形成高质量的金属/CFRTP连接构件的问题，尤其针对金属/CFRTP的超声波焊接，本发明在传统超声波焊接工艺基础上，增加激光加工金属表面微结构、硅烷偶联剂和微胶囊埋植，以进一步提高金属与碳纤维连接接头的机械锁合以及化学键合强度。
Description
技术领域
本发明属于金属/CFRTP的结构件制备技术领域，具体涉及一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法。
背景技术
碳纤维复合材料（CFRP）具有质轻、高强等一系列优异性能，对国防科技、武器装备和民用航空、机械运载等领域的发展有着极其重要的作用。尤其在火箭、飞机、车辆、导弹等轻量化需求的武器装备上都大量使用了碳纤维复合材料，并呈现逐步增大的趋势。此外，金属合金仍是当前主要的轻量化材料，对金属与碳纤维复合材料的复合连接可以很好地发挥金属材料与碳纤维复合材料的各自优势，同时也是复杂工程构件制造和产品结构功能一体化的重要需求。
热塑性碳纤维复合材料（CFRTP）作为碳纤维复合材料中的一种，具有可焊接、可回收的特点。相比热固性碳纤维复合材料（CFRTS），CFRTP和金属具有更加丰富的连接方式，主要包括粘接、机械紧固和焊接，然而传统的连接技术存在许多弊端，粘接技术受到固化时间和环境敏感因素的影响，机械紧固技术则存在应力集中等问题。随着焊接技术的发展，激光焊接、搅拌摩擦焊、电阻焊以及超声波焊接等连接技术逐渐应用于金属/CFRTP结构件的制备。其中超声波焊接技术相比其他焊接技术具有焊接时间短、能量输入低的特点，但在传统的超声波焊接工艺下，因金属和CFRTP两种材料相容性差，界面吸附力弱，导致两者无法紧密连接，仅依靠改变工艺参数、材料表面状态无法进一步改善此类问题。
针对金属/CFRTP两者难以连接的问题，通常采用表面处理的方式来改变两者待连接界面的状态，从而改善两者连接效果，然而不管采用机械处理还是化学处理的方式，最终仍然需要面临金属和CFRTP两种相容性极差的异种材料进行复合。因此，通过添加中间介质来实现金属/CFRTP的连接成为一种可能，这就对中间介质有了苛刻的要求，需要能够同时满足对金属和CFRTP的高度相容。因而本发明提出在金属表面埋植树脂基微胶囊，能够很好地解决这一问题，进一步增强金属和CFRTP的连接效果。
发明内容
本发明针对现有金属/CFRTP结构件复合制备时，因两者材料难以相容，无法形成高质量的金属/CFRTP连接构件的问题，尤其针对金属/CFRTP的超声波焊接，本发明在传统超声波焊接工艺基础上，增加激光加工金属表面微结构、硅烷偶联剂和微胶囊埋植，以进一步提高金属与碳纤维连接接头的机械锁合以及化学键合强度。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，包括以下步骤：
步骤1，选取板材：选取所需金属板和碳纤维复合材料板，并将金属板和碳纤维复合材料板加工成实际所需的形状、尺寸；
步骤2，板材表面处理：去除金属板和碳纤维复合材料板表面的油污和氧化膜；
步骤3，金属板表面激光加工：对表面处理过的金属板进行激光打孔处理，加工出微米级多孔结构；
步骤4，金属板表面硅烷偶联剂改性：将激光加工后的金属板表面附着硅烷偶联剂，并进行高温改性处理；
步骤5，微胶囊制备：将高分子树脂材料加入溶剂中，搅拌均匀后添加乳化剂，形成均匀的包壳液，随后将短切纤维束浸泡在包壳液中，使用液氮冷却固化后将溶剂分离，并进行干燥制得包埋短切纤维束的树脂基微胶囊；
步骤6，微胶囊埋植：将包埋短切纤维束的树脂基微胶囊埋植进改性后金属板上的微米级多孔结构中；
步骤7，超声波焊接：将表面处理后的碳纤维复合材料板与微胶囊埋植后的金属板的待连接部位按单边搭接方式叠放固定，进行超声波焊接；
步骤8，冷却成品。
进一步，所述步骤1中金属板的材质为铝合金、镁合金或不锈钢。
进一步，所述步骤2中板材表面处理使用无水乙醇。
进一步，所述步骤3中金属板表面激光加工采用纳秒激光加工***，所述纳秒激光加工***的参数设置为：速度为200～500mm/s，频率为25kHz，功率为75～155W。
进一步，所述步骤3中微米级多孔结构的宽度或直径为300~400μm，深度为200~600μm。
进一步，所述步骤4中金属板表面硅烷偶联剂改性的具体步骤为：
用清水完全浸润金属板，产生无缝水膜，并立即浸到硅烷偶联剂中1～2min；取出金属板后烘干表面水膜，然后在120℃的高温下保持20min，完成金属板表面硅烷偶联剂改性。
进一步，所述步骤4中硅烷偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂。
进一步，所述步骤5中高分子树脂材料为尼龙或聚醚醚酮，当高分子树脂材料为尼龙时，溶剂选择甲酸，乳化剂选择质量分数为1%的磷脂类乳化剂，尼龙、短切纤维束、甲酸和磷脂类乳化剂的重量百分比为40%：10%：20%：30%；当高分子树脂材料为聚醚醚酮时，溶剂选择二氯甲烷，乳化剂选择质量分数为5%的聚乙烯醇乳化剂，聚醚醚酮、短切纤维束、二氯甲烷和聚乙烯醇乳化剂的重量百分比40%：5%：25%：30%。
进一步，所述步骤5中包埋短切纤维束的树脂基微胶囊为球形微胶囊，其直径为80~150μm。
进一步，所述步骤7中超声波焊接在超声波焊接设备上进行，所述超声波焊接设备的参数设置为：额定功率为4kW，额定频率为20kHz，最大焊接振幅为52μm，焊接时间为2500~4000ms，焊接压力为0.3~0.6MPa。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
1、采用传统超声波焊接方法时，由于树脂熔融状态的高粘度，导致短切碳纤维束运动受阻，无法进入金属板表面的孔洞中。而本发明利用激光加工工艺，将金属板表面加工出微米级多孔结构，并将包埋短切碳纤维的树脂基微胶囊埋植进金属板表面的微米级多孔结构中，在超声波焊接过程中，高温熔化微胶囊表面树脂薄膜，释放出微胶囊中的短切碳纤维束，形成显著的钉扎效应；在压力的作用下，碳纤维复合材料板熔化的树脂填充进金属板表面的微米级多孔结构，与熔化的微胶囊表面树脂薄膜相融，挤压熔化的微胶囊与金属板紧密接触，同时有助于树脂在金属板表面润湿铺展，为金属/碳纤维复合材料的连接界面产生化学键合作用提供有利环境，形成了牢固可靠的连接接头。可适用于L形、T形等简单结构件以及点阵等复杂结构件的接头连接。
2、本发明是微胶囊辅助金属/碳纤维复合材料强钉扎超声焊接，具有良好的界面连接强度的特点。
3、本发明采用的激光加工微结构以及微胶囊埋植技术，先进合理，具有可行性，可用于高强度和高质量金属/CFRTP结构件的复合制备。
附图说明
图1为实施例1中金属/碳纤维复合材料接头连接界面的微观形貌图；
图2为实施例1中使用激光加工得到的微米级多孔结构的形貌图；
图3为实施例1中使用激光加工得到的微米级多孔结构的三维轮廓形貌图；
图4为未埋植微胶囊情况下的金属/碳纤维复合材料接头连接界面微观形貌图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，包括以下步骤：
步骤1，选取板材：选取所需金属板和碳纤维复合材料板，并将金属板和碳纤维复合材料板加工成实际所需的形状、尺寸；
本实施例选取长度为60mm，宽度为20mm，厚度为1mm的5052铝合金板以及相同尺寸的短切碳纤维增强尼龙板（SCF-PA），即本实施例的金属板为5052铝合金板，碳纤维复合材料板为短切碳纤维增强尼龙板。
步骤2，板材表面处理：使用无水乙醇去除金属板和碳纤维复合材料板表面的油污和氧化膜；
步骤3，金属板表面激光加工：采用纳秒激光加工***对表面处理过的金属板进行激光打孔处理，加工出微米级多孔结构；
所述纳秒激光加工***的参数设置为：速度为200mm/s，频率为25kHz，功率为75W，加工出的微米级多孔结构为圆柱状，宽度或直径为300μm，深度为200μm。
步骤4，金属板表面硅烷偶联剂改性：将激光加工后的金属板表面附着硅烷偶联剂，并进行高温改性处理，具体步骤为：
用清水完全浸润金属板，产生无缝水膜，并立即浸到硅烷偶联剂中1～2min；取出金属板后烘干表面水膜，放入箱式加热炉，然后在120℃的高温下保持20min，完成金属板表面硅烷偶联剂改性，本实施例的硅烷偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂。
步骤5，微胶囊制备：将高分子树脂材料加入溶剂中，搅拌均匀后添加乳化剂，形成均匀的包壳液，随后将短切纤维束浸泡在包壳液中，使用液氮冷却固化后将溶剂分离，并进行干燥制得包埋短切纤维束的树脂基微胶囊；
本实施例的高分子树脂材料为尼龙，溶剂选择甲酸，乳化剂选择质量分数为1%的磷脂类乳化剂，所述尼龙、短切纤维束、甲酸和磷脂类乳化剂的重量百分比为40%：10%：20%：30%，所述包埋短切纤维束的树脂基微胶囊为球形微胶囊，其直径为80~120μm。
步骤6，微胶囊埋植：将包埋短切纤维束的树脂基微胶囊埋植进改性后金属板上的微米级多孔结构中；
步骤7，超声波焊接：将表面处理后的碳纤维复合材料板与微胶囊埋植后的金属板的待连接部位按单边搭接方式叠放固定，进行超声波焊接；
本实施例的超声波焊接在超声波焊接设备上进行，所述超声波焊接设备的参数设置为：额定功率为4kW，额定频率为20kHz，最大焊接振幅为52μm，焊接时间为2500ms，焊接压力为0.3MPa。本实施例超声波焊接的实际能耗范围为600~1000J。
步骤8，冷却成品。
对实施例1制得的金属/碳纤维复合材料接头进行显微组织观察，其结果如图1至3所示，其中图1为金属/碳纤维复合材料接头连接界面的微观形貌图，图2为使用激光加工得到的微米级多孔结构的形貌图，图3为使用激光加工得到的微米级多孔结构的三维轮廓形貌图，而图4为未埋植微胶囊情况下的金属/碳纤维复合材料接头连接界面微观形貌图。
本实施例得到的单边搭接金属/碳纤维复合材料接头具有良好的形貌，观察到连接界面处，高温熔化的微胶囊释放出大量短切碳纤维束，充分地填满了金属板表面微米级多孔结构，形成显著的钉扎效应；碳纤维复合材料板熔化的树脂在压力的作用下填充进金属板表面微米级多孔结构中，与微胶囊熔化的树脂薄膜相融，挤压熔化的微胶囊与金属板紧密接触，同时有助于树脂在金属板表面润湿铺展；借助高温、压力以及熔化树脂在微米级多孔结构中的挤压等有利条件，在金属板与碳纤维复合材料板连接界面形成化学键合作用，这种化学键合作用尤其集中出现在微米级多孔结构中；采用英斯特朗5900电子万能试验机测试金属/碳纤维复合材料接头最大拉剪力为1997.86N。在相同表面处理条件下采用传统超声波焊接方法时，金属/碳纤维复合材料接头最大拉剪力为144.36N。
实施例2
一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，包括以下步骤：
步骤1，选取板材：选取所需金属板和碳纤维复合材料板，并将金属板和碳纤维复合材料板加工成实际所需的形状、尺寸；
本实施例选取长度为60mm，宽度为20mm，厚度为1mm的AZ318镁合金板以及相同尺寸的短切碳纤维增强尼龙板（SCF-PA），即本实施例的金属板为AZ318镁合金板，碳纤维复合材料板为短切碳纤维增强尼龙板。
步骤2，板材表面处理：使用无水乙醇去除金属板和碳纤维复合材料板表面的油污和氧化膜；
步骤3，金属板表面激光加工：采用纳秒激光加工***对表面处理过的金属板进行激光打孔处理，加工出微米级多孔结构；
所述纳秒激光加工***的参数设置为：速度为300mm/s，频率为25kHz，功率为110W，加工出的微米级多孔结构为圆柱状，宽度或直径为350μm，深度为500μm。
步骤4，金属板表面硅烷偶联剂改性：将激光加工后的金属板表面附着硅烷偶联剂，并进行高温改性处理，具体步骤为：
用清水完全浸润金属板，产生无缝水膜，并立即浸到硅烷偶联剂中1～2min；取出金属板后烘干表面水膜，放入箱式加热炉，然后在120℃的高温下保持20min，完成金属板表面硅烷偶联剂改性，本实施例的硅烷偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂。
步骤5，微胶囊制备：将高分子树脂材料加入溶剂中，搅拌均匀后添加乳化剂，形成均匀的包壳液，随后将短切纤维束浸泡在包壳液中，使用液氮冷却固化后将溶剂分离，并进行干燥制得包埋短切纤维束的树脂基微胶囊；
本实施例的高分子树脂材料为尼龙，溶剂选择甲酸，乳化剂选择质量分数为1%的磷脂类乳化剂，所述尼龙、短切纤维束、甲酸和磷脂类乳化剂的重量百分比为40%：10%：20%：30%，所述包埋短切纤维束的树脂基微胶囊为球形微胶囊，其直径为80~120μm。
步骤6，微胶囊埋植：将包埋短切纤维束的树脂基微胶囊埋植进改性后金属板上的微米级多孔结构中；
步骤7，超声波焊接：将表面处理后的碳纤维复合材料板与微胶囊埋植后的金属板的待连接部位按单边搭接方式叠放固定，进行超声波焊接；
本实施例的超声波焊接在超声波焊接设备上进行，所述超声波焊接设备的参数设置为：额定功率为4kW，额定频率为20kHz，最大焊接振幅为52μm，焊接时间为3000ms，焊接压力为0.4MPa。本实施例超声波焊接的实际能耗范围为1000~1500J。
步骤8，冷却成品。
本实施例得到的单边搭接金属/碳纤维复合材料接头具有良好的形貌，观察到连接部位，熔化的树脂和短切碳纤维束填满金属板表面微米级多孔结构中，形成显著的钉扎效应，提高其结合强度；采用英斯特朗5900电子万能试验机测试金属/碳纤维复合材料接头最大拉剪力为1020.93N。在相同表面处理条件下采用传统超声波焊接方法时，金属/碳纤维复合材料接头最大拉剪力为123.78N。
实施例3
一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，包括以下步骤：
步骤1，选取板材：选取所需金属板和碳纤维复合材料板，并将金属板和碳纤维复合材料板加工成实际所需的形状、尺寸；
本实施例选取长度为60mm，宽度为20mm，厚度为1mm的SS304不锈钢板以及相同尺寸的短切碳纤维增强聚醚醚酮板（SCF-PEEK），即本实施例的金属板为SS304不锈钢板，碳纤维复合材料板为短切碳纤维增强聚醚醚酮板。
步骤2，板材表面处理：使用无水乙醇去除金属板和碳纤维复合材料板表面的油污和氧化膜；
步骤3，金属板表面激光加工：采用纳秒激光加工***对表面处理过的金属板进行激光打孔处理，加工出微米级多孔结构；
所述纳秒激光加工***的参数设置为：速度为500mm/s，频率为25kHz，功率为155W，加工出的微米级多孔结构为圆柱状，宽度或直径为400μm，深度为600μm。
步骤4，金属板表面硅烷偶联剂改性：将激光加工后的金属板表面附着硅烷偶联剂，并进行高温改性处理，具体步骤为：
用清水完全浸润金属板，产生无缝水膜，并立即浸到硅烷偶联剂中1～2min；取出金属板后烘干表面水膜，放入箱式加热炉，然后在120℃的高温下保持20min，完成金属板表面硅烷偶联剂改性，本实施例的硅烷偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂。
步骤5，微胶囊制备：将高分子树脂材料加入溶剂中，搅拌均匀后添加乳化剂，形成均匀的包壳液，随后将短切纤维束浸泡在包壳液中，使用液氮冷却固化后将溶剂分离，并进行干燥制得包埋短切纤维束的树脂基微胶囊；
本实施例的高分子树脂材料为聚醚醚酮，溶剂选择二氯甲烷，乳化剂选择质量分数为5%的聚乙烯醇乳化剂，所述聚醚醚酮、短切纤维束、二氯甲烷和聚乙烯醇乳化剂的重量百分比为40%：5%：25%：30%，所述包埋短切纤维束的树脂基微胶囊为球形微胶囊，其直径为120~150μm。
步骤6，微胶囊埋植：将包埋短切纤维束的树脂基微胶囊埋植进改性后金属板上的微米级多孔结构中；
步骤7，超声波焊接：将表面处理后的碳纤维复合材料板与微胶囊埋植后的金属板的待连接部位按单边搭接方式叠放固定，进行超声波焊接；
本实施例的超声波焊接在超声波焊接设备上进行，所述超声波焊接设备的参数设置为：额定功率为4kW，额定频率为20kHz，最大焊接振幅为52μm，焊接时间为4000ms，焊接压力为0.6MPa。本实施例超声波焊接的实际能耗最高可达2000J。
步骤8，冷却成品。
本实施例得到的单边搭接金属/碳纤维复合材料接头具有良好的形貌，观察到连接部位，熔化的树脂和短切碳纤维束填满金属板表面微米级多孔结构中，形成显著的钉扎效应，提高其结合强度；采用英斯特朗5900电子万能试验机测试金属/碳纤维复合材料接头最大拉剪力为983.57N。在相同表面处理条件下采用传统超声波焊接方法时，金属/碳纤维复合材料接头最大拉剪力为110.12N。
对比例1
铝合金/SCF-PA的超声增强连接方法，步骤如下：
步骤1，实验板材的选取：选取长度为60mm，宽度20mm，厚度1mm的5052铝合金板以及相同尺寸的短切碳纤维增强尼龙板（SCF-PA）。
步骤2，板材表面处理：对铝板及SCF-PA板采用无水乙醇清洗液擦洗。
步骤3，铝板表面电解加工：电解加工工艺采用恒电流方式进行加工，电流为5A，选择电解液为2mol/LNaOH溶液，通过电解加工持续时间控制小孔加工深度。加工出6*6微米级多孔状、倾斜圆柱状点阵结构，微米结构直径为300μm，深度为500μm，间距为200μm，倾斜角度为60°。
步骤4，铝板表面硅烷偶联剂处理：用清水完全浸润铝板，产生无缝水膜，并立即浸到硅烷处理剂中，增强结合效果。
步骤5，超声波焊接：将去除表面油污的SCF-PA板材与电解加工所得铝板的待连接部位按单边搭接方式组合，进行超声波焊接，超声波设备额定功率为4kW，额定频率为20kHz，焊接时间为2500ms，最大焊接振幅为52μm，焊接压力为0.3MPa。本实施例超声波焊接的实际能耗约为1000J。
步骤6，冷却成品。
本实施例是通过金属表面电解加工，加工出微米级多孔状、倾斜圆柱状点阵结构，利用超声能场的作用，将熔化的树脂以及短切碳纤维束挤压进金属表面，能够促进金属/碳纤维复合材料的紧密结合，然而制备得到的界面区域存在碳纤维复合材料损伤的问题。采用英斯特朗5900电子万能试验机测试金属/碳纤维复合材料接头最大拉剪力为1087.64N。而本发明的实施例1则采用“金属表面激光加工微结构+硅烷偶联剂预处理+微胶囊埋植”的方法，将包埋短切纤维束的树脂基微胶囊埋植进金属板表面的微米级多孔结构中，在超声波焊接过程中熔化微胶囊，释放出微胶囊内的短切碳纤维束，使熔化的树脂和短切碳纤维束紧密吸附在金属板表面。本发明采用激光加工出微米级多孔结构，相比电解加工，其具有更高的精度，有利于特定尺寸微胶囊的埋植，进一步地增强了树脂、碳纤维束与金属三者间的密切接触，所制备得到的结合界面更加紧密，结合强度更高，形态更加良好。在连接强度方面，使用相同的材质，本发明方法获得的最大抗拉剪力增加了910.22N。
综上：本发明采用微胶囊辅助金属/碳纤维复合材料强钉扎超声焊接方法，能够实现不同金属材料（铝合金、镁合金、不锈钢等）与碳纤维复合材料（SCF-PA、SCF-PEEK等）的高强结构件制备，其实验数据如表1所示。
表1实施例中金属/碳纤维复合材料接头的实验数据
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选取板材：选取所需金属板和碳纤维复合材料板，并将金属板和碳纤维复合材料板加工成实际所需的形状、尺寸；
步骤2，板材表面处理：去除金属板和碳纤维复合材料板表面的油污和氧化膜；
步骤3，金属板表面激光加工：对表面处理过的金属板进行激光打孔处理，加工出微米级多孔结构；
步骤4，金属板表面硅烷偶联剂改性：将激光加工后的金属板表面附着硅烷偶联剂，并进行高温改性处理；
步骤5，微胶囊制备：将高分子树脂材料加入溶剂中，搅拌均匀后添加乳化剂，形成均匀的包壳液，随后将短切纤维束浸泡在包壳液中，使用液氮冷却固化后将溶剂分离，并进行干燥制得包埋短切纤维束的树脂基微胶囊；
步骤6，微胶囊埋植：将包埋短切纤维束的树脂基微胶囊埋植进改性后金属板上的微米级多孔结构中；
步骤7，超声波焊接：将表面处理后的碳纤维复合材料板与微胶囊埋植后的金属板的待连接部位按单边搭接方式叠放固定，进行超声波焊接；
步骤8，冷却成品。
2.根据权利要求1所述的一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，所述步骤1中金属板的材质为铝合金、镁合金或不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，所述步骤2中板材表面处理使用无水乙醇。
4.根据权利要求1所述的一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，所述步骤3中金属板表面激光加工采用纳秒激光加工***，所述纳秒激光加工***的参数设置为：速度为200～500mm/s，频率为25kHz，功率为75～155W。
5.根据权利要求1或4所述的一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，所述步骤3中微米级多孔结构的宽度或直径为300~400μm，深度为200~600μm。
6.根据权利要求1所述的一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，所述步骤4中金属板表面硅烷偶联剂改性的具体步骤为：
用清水完全浸润金属板，产生无缝水膜，并立即浸到硅烷偶联剂中1～2min；取出金属板后烘干表面水膜，然后在120℃的高温下保持20min，完成金属板表面硅烷偶联剂改性。
7.根据权利要求1或6所述的一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，所述步骤4中硅烷偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，所述步骤5中高分子树脂材料为尼龙或聚醚醚酮，当高分子树脂材料为尼龙时，溶剂选择甲酸，乳化剂选择质量分数为1%的磷脂类乳化剂，尼龙、短切纤维束、甲酸和磷脂类乳化剂的重量百分比为40%：10%：20%：30%；当高分子树脂材料为聚醚醚酮时，溶剂选择二氯甲烷，乳化剂选择质量分数为5%的聚乙烯醇乳化剂，聚醚醚酮、短切纤维束、二氯甲烷和聚乙烯醇乳化剂的重量百分比40%：5%：25%：30%。
9.根据权利要求1或8所述的一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，所述步骤5中包埋短切纤维束的树脂基微胶囊为球形微胶囊，其直径为80~150μm。
10.根据权利要求1所述的一种微胶囊强钉扎金属/碳纤维复合材料接头制备方法，其特征在于，所述步骤7中超声波焊接在超声波焊接设备上进行，所述超声波焊接设备的参数设置为：额定功率为4kW，额定频率为20kHz，最大焊接振幅为52μm，焊接时间为2500~4000ms，焊接压力为0.3~0.6MPa。
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