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、更环保且最终成本更低的车辆。为提高汽车和航空航天飞行器的效率，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。在新兴的一类车辆中，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。早在1996年底，奥迪A6的前端（由法国奥丹库尔的Ecia制造）被开发为混合框架，将钢板与弹性体改性聚酰胺PA6 - GF30结合，这是该技术突破成功应用的首个实例。兰博基尼Murcièlago豪华跑车中的碳/环氧树脂部件与轻质合金和钢（保险杠、挡泥板、发动机罩）相连。此外，聚合物 - 金属混合材料还广泛应用于仪表板、保险杠横梁、车门系统和尾门等汽车部件，以及从冰箱外壳到自行车车架等非汽车应用中。近二十年来，家用汽车中塑料的使用量从6%增加到了15%。梅赛德斯 - 奔驰正在开发一款名为F - 125的新概念车辆，预计2025年推出，该车将采用金属 - 聚合物混合材料以减少排放。新一代飞机，如空客A350 XWB和波音787梦想客机，是大型结构系统，其中超过50%是碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料与铝和钛等金属合金的组合。

关于金属 - 聚合物混合接头，已有大量研究。金属和聚合物的连接技术可分为三类：粘接、机械紧固和焊接。粘接需要进行表面处理，并且对溶剂和化学品有特殊处理要求。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。此外，这些接头在长时间内的性能不可预测，并且在进行无损检测（NDT）时存