碳纤维增强复合材料（CFRP）/铝合金胶接接头在汽车工业中得到了越来越广泛的应用，而胶接接头界面结合强度是决定整个接头强度的重要因素之一，界面结合强度不足限制了CFRP和铝合金材料在汽车轻量化过程中更大规模的应用。传统CFRP/铝合金胶接工艺多为在胶接前对被粘物表面进行处理，对复杂结构表面处理效果不佳。采用超声振动强化胶接接头的界面结合，是一种显著提高接头强度的新工艺。然而超声强化接头界面结合工艺并未成熟，需对该工艺进行进一步优化，且超声显著提高胶接界面结合强度的机理尚不清楚，亟需通过研究超声对胶接界面处微观结合以及化学键合的影响，解释超声显著提高接头强度的原因。
　　首先对该工艺进行了优化，包括胶接前处理打磨时的砂纸目数以及影响超声振动的主要变量参数。在对前处理打磨时砂纸目数的优化中发现使用400目砂纸打磨铝板时胶接强度最高。通过正交试验对影响超声振动的主要变量参数进一步优化后，胶接强度提高了40%，稳定性提高了60%。从失效模式上来看，无超声作用时的CFRP/铝合金接头的失效模式为界面失效，超声作用后不再是单一的界面失效，发生了胶层撕裂，超声振动改善了胶粘剂与被粘物界面之间的结合，使得接头的强度与稳定性显著提高。
　　然后研究了超声振动对胶接界面微观结合的影响。通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）对界面形貌进行了表征，结果表明在胶接过程中超声振动的施加使得胶接界面处的微观孔隙缺陷明显减少、结合更加致密。通过能量色散X射线光谱仪（EDS）研究了超声振动对胶接界面处元素的渗透促进作用，结果表明超声振动增强了胶接界面处的元素扩散作用，使胶接质量更加可靠。随后研究了超声使得界面孔隙缺陷较少、结合更加致密的原因，发现在胶接过程中超声的施加使得胶粘剂更容易在CFRP和铝板表面润湿，接触角分别减小了16.3%和14.8%；且超声的施加促进了胶粘剂在凹凸不平的被粘物表面的流动与渗入，增强了胶粘剂对界面凹槽的毛细填隙作用，由此增强了界面处的机械互锁和物理吸附作用。
　　最后研究了超声对胶接界面化学键合的促进作用。通过X射线光电子能谱（XPS）表征了界面处主要元素的结合能的变化，XPS分析结果表明超声振动使胶粘剂在界面处与铝发生了化学反应，形成新的化学键Al-O-C。结合所使用环氧胶的固化机理，分析了超声促进界面化学键合的机理：在超声振动的作用下，界面上的亲电基团Al+攻击环氧基上亲核基团O-的概率显著增加，促使环氧基开环形成与-O-C，亲电性的基团Al+与反应性基团-O-C键合形成Al-O-C。
　　本文结合CFRP和铝合金材料广泛应用的工程背景，针对当前CFRP/铝合金胶接接头界面结合强度不足的问题，对超声强化胶接界面结合这一新工艺进行了优化，较系统地分析了超声强化界面结合的机理。本研究对超声强化胶连接这一新工艺的继续优化及机理的进一步研究具有重要参考意义。