構(gòu)件的輕量化設計是提高性能、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染的有效途徑之一,聚合物基復合材料與鋁合金異質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠滿足結(jié)構(gòu)性能和輕量化設計的雙重指標。本文針對聚合物及聚合物基復合材料與鋁合金焊縫成形困難、界面熱膨脹系數(shù)差異大導致的失配和力學性能低等問題,基于攪拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)技術(shù),兼顧冶金連接與機械連接雙重模式,開展了CF/PEEK復合材料與2060-T8鋁合金焊接界面結(jié)合、強度提升及連接和損傷機制研究,對實現(xiàn)聚合物基復合材料與鋁合金異質(zhì)接頭的優(yōu)質(zhì)高強連接具有重要的指導意義。針對異質(zhì)接頭宏觀機械連接效果,設計了三銑平面螺紋攪拌針,有效地促進了焊接過程中熱塑性材料動態(tài)流動,輔以焊接工藝參數(shù)優(yōu)化,實現(xiàn)了焊接過程熱輸入和材料塑性流變的調(diào)控,優(yōu)化了“鋁鉚”結(jié)構(gòu)尺寸與力學性能和界面形態(tài)。在較低的焊接速度下,獲得的“鋁鉚”結(jié)構(gòu)與攪拌針長度比值達到0.8,有利于提高異質(zhì)接頭的界面咬合能力。當旋轉(zhuǎn)速率為800rpm且焊接速度為50mm/min時,接頭最大拉剪強度為20MPa。為進一步促進異質(zhì)接頭焊縫成形,設計了主要包含外部靜止軸肩和內(nèi)部三銑平面螺紋攪拌針的焊具。其中,...

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
專業(yè)名詞縮寫表
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究目的和意義
    1.2 聚合物與金屬常規(guī)焊接
    1.3 聚合物與金屬FSW研究動態(tài)
        1.3.1 焊接性及可焊材料
        1.3.2 焊接工藝參數(shù)
        1.3.3 材料流動行為
        1.3.4 接頭力學性能
        1.3.5 典型焊接缺陷及成因
    1.4 聚合物與鋁合金FSW強化技術(shù)
        1.4.1 焊具結(jié)構(gòu)設計
        1.4.2 表面預處理
        1.4.3 焊接結(jié)構(gòu)形式
    1.5 聚合物與鋁合金FSW亟待解決問題
    1.6 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 試驗材料與設備
    2.1 試驗材料
    2.2 試驗設備
        2.2.1 焊接設備
        2.2.2 焊具及焊接參數(shù)
        2.2.3 鋁合金表面預處理
    2.3 分析測試方法
        2.3.1 表面形貌分析
        2.3.2 測試試樣制備
        2.3.3 組織分析測試
        2.3.4 力學性能測試
第3章 復合材料與鋁合金FSW焊具設計和效用性
    3.1 引言
    3.2 接頭成形與組織
        3.2.1 接頭成形與完整性
        3.2.2 宏觀形貌及特性
        3.2.3 異質(zhì)材料連接模式
    3.3 力學性能評價
        3.3.1 顯微硬度分布
        3.3.2 拉剪性能評價
    3.4 本章小結(jié)
第4章 復合材料與鋁合金FSW接頭成形和力學性能調(diào)控
    4.1 引言
    4.2 焊縫表面形貌與完整性
    4.3 顯微組織與界面特性
        4.3.1 顯微組織
        4.3.2 連接界面特性
        4.3.3 材料遷移行為
    4.4 接頭承載能力表征
        4.4.1 鋁鉚結(jié)構(gòu)硬度
        4.4.2 承載與斷裂評價
    4.5 本章小結(jié)
第5章 預構(gòu)型對復合材料與鋁合金FSW接頭組織和性能的影響
    5.1 引言
    5.2 微弧氧化層表征
    5.3 鋁合金與聚合物連接模式
        5.3.1 單一界面
        5.3.2 非平直界面
        5.3.3 多模式復合界面
    5.4 鉚焊結(jié)構(gòu)特性與承載
        5.4.1 接頭組織與纖維分布
        5.4.2 納米壓痕性能
        5.4.3 結(jié)合界面承載與斷裂
    5.5 本章小結(jié)
第6章 復合材料與鋁合金FSW接頭連接和損傷機制
    6.1 引言
    6.2 多模式連接復合強化機制
        6.2.1 微觀機械連接
        6.2.2 宏觀機械連接
        6.2.3 冶金連接
    6.3 多模式強化接頭力學性能
        6.3.1 結(jié)合界面硬度及形貌
        6.3.2 異質(zhì)接頭承載評價
        6.3.3 拉剪斷裂機制
    6.4 鉚焊結(jié)構(gòu)性能提升
        6.4.1 填充鉚焊原理
        6.4.2 填充鉚焊接頭完整性
        6.4.3 填充鉚釘性能
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3836445