【摘 要】
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铝合金/CFRP复合结构具有比强度高、疲劳性能好、耐腐蚀等优势,在航空航天、轨道交通等轻量化领域具有十分重要的工业价值和市场应用前景。但由于铝合金和CFRP物化性能存在较大差异,并且传统胶接和机械连接方式存在结构增重,加工时间长等问题,因而采用搅拌摩擦焊技术对铝合金与CFRP进行连接。本文对2.0 mm厚的6061-T6铝合金和3.0 mm厚的CF-PA66进行搅拌摩擦搭接焊实验,通过对界面微观形
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铝合金/CFRP复合结构具有比强度高、疲劳性能好、耐腐蚀等优势,在航空航天、轨道交通等轻量化领域具有十分重要的工业价值和市场应用前景。但由于铝合金和CFRP物化性能存在较大差异,并且传统胶接和机械连接方式存在结构增重,加工时间长等问题,因而采用搅拌摩擦焊技术对铝合金与CFRP进行连接。本文对2.0 mm厚的6061-T6铝合金和3.0 mm厚的CF-PA66进行搅拌摩擦搭接焊实验,通过对界面微观形貌、界面产物和力学性能的分析,对焊接工艺和接头连接机理进行了分析。为进一步增强Al/CF-PA66接头力学性能,分别采用铝合金表面硅烷偶联处理和激光毛化技术对Al/CF-PA66 FSLW接头进行强化,并对接头强化机理进行了分析,为Al/CF-PA66 FSLW接头的实际应用提供了理论指导。针对6061-T6铝合金以及CF-PA66材料特性,选用H13钢作为焊具材料,设计了无针搅拌摩擦焊具。通过调整焊接工艺参数实现了6061-T6铝合金与CF-PA66的直接连接,分析了焊接参数对接头微观形貌、界面产物以及力学性能的影响。在最佳焊接工艺参数（转速1000 rpm,焊速3000 mm/min,下压量0.4 mm）下,接头表面、界面成形良好,界面结合紧密。接头最高拉剪载荷达1669.37N,断口呈“界面断裂+近表面树脂断裂”混合断裂模式。对连接机理进行分析发现,通过调整搅拌摩擦焊焊接参数获得最优的Al/CF-PA66 FSLW界面形貌,同时在界面位置形成Al-O-C的化学键合是实现Al/CF-PA66 FSLW接头界面连接的两个主要因素。首先采用铝合金表面硅烷偶联处理的方法对6061-T6Al/CF-PA66搅拌摩擦搭接焊接头界面进行了强化。铝合金表面经过KH560硅烷处理后可检测出环氧基团,通过环氧基团与PA66内酰胺基团的交联反应,增强了Al/CF-PA66界面的化学键合,接头剪切力学性能由1669.37 N提升至1830.5 N。由界面微观形貌观察发现,Al/CF-PA66 FSLW界面结合紧密,未发现明显界面空隙产生。对接头强化连接机理进行分析发现,界面Al-O-Si-O-C化学键的产生是引起Al/CF-PA66接头力学性能提升的主要因素。采用铝合金表面激光毛化处理的方法对6061-T6Al/CF-PA66搅拌摩擦搭接焊接头界面进行了强化,在最佳激光毛化工艺参数下,铝合金表面形成微织构（微织构深度:83.6μm,微织构间距:0.5 mm,微织构宽度:0.2 mm）,界面树脂填充效果良好,结合紧密,界面空隙、裂纹及孔洞缺陷较少,接头最高拉剪载荷可达6420.17N,接头断裂模式以近界面树脂内部断裂为主。对激光毛化调控Al/CF-PA66搅拌摩擦搭接接头界面强化机理进行分析发现,Al/CF-PA66界面机械互锁结构的增强是实现接头力学性能提升的主要因素,同时Al-O-C化学键的产生也为界面提供了足够的化学键合。
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