19、聚合物与铝合金搅拌摩擦焊工艺及性能综述

聚合物与铝合金搅拌摩擦焊工艺及性能综述

1 引言

全球发展促使运输行业制造更轻、更快、更环保且最终更便宜的车辆。为提高汽车和航空航天车辆的效率，高性能轻金属如铝和镁领域取得了显著进展。塑料因其轻质和良好的机械性能也越来越受欢迎。在新兴的车辆类别中，正在设计混合结构，这需要永久连接铝和聚合物等异种材料。

铝具有重量轻、强度高以及出色的热和电导率等特性。聚合物，如高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）和聚碳酸酯（PC），具有高的强度重量比和耐腐蚀性。聚合物 - 金属混合材料不仅在汽车领域，如奥迪A6前端、兰博基尼Murcièlago的部件、仪表板、保险杠横梁、车门系统和尾门等有应用，还在非汽车领域，如冰箱外壳和自行车车架等方面广泛使用。近二十年来，家用汽车中塑料的使用比例从6%增加到15%。梅赛德斯 - 奔驰正在开发的F - 125概念车预计到2025年推出，将采用金属 - 聚合物混合结构以减少排放。新一代飞机如空客A350 XWB和波音787梦想客机等大型结构系统中，碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料与铝和钛等金属合金的组合占比超过50%。

金属和聚合物的连接技术可分为三类：
- 粘接 ：需要表面处理以及对溶剂和化学品进行特殊处理。这些接头在不损坏母材的情况下无法拆卸，并且可能会因温度、湿度等环境因素而降解。长期来看，这些接头的性能不可预测，并且在进行无损检测（NDT）时存在挑战。
- 机械紧固 ：通常容易受到孔应力集中的影响，从而导致强度下降。其他问题还包括增加部件重量、由于水分、应力松弛和蠕变导致紧固件松动，以及由于金属和聚合物热膨胀系数不同而增加残余应力。
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