CF/PEEK复合材料与2060-T8铝合金FSW接头成形及连接机制
发布时间：2023-07-24 20:18
构件的轻量化设计是提高性能、节约能源、减少环境污染的有效途径之一,聚合物基复合材料与铝合金异质结构能够满足结构性能和轻量化设计的双重指标。本文针对聚合物及聚合物基复合材料与铝合金焊缝成形困难、界面热膨胀系数差异大导致的失配和力学性能低等问题,基于搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)技术,兼顾冶金连接与机械连接双重模式,开展了CF/PEEK复合材料与2060-T8铝合金焊接界面结合、强度提升及连接和损伤机制研究,对实现聚合物基复合材料与铝合金异质接头的优质高强连接具有重要的指导意义。针对异质接头宏观机械连接效果,设计了三铣平面螺纹搅拌针,有效地促进了焊接过程中热塑性材料动态流动,辅以焊接工艺参数优化,实现了焊接过程热输入和材料塑性流变的调控,优化了“铝铆”结构尺寸与力学性能和界面形态。在较低的焊接速度下,获得的“铝铆”结构与搅拌针长度比值达到0.8,有利于提高异质接头的界面咬合能力。当旋转速率为800rpm且焊接速度为50mm/min时,接头最大拉剪强度为20MPa。为进一步促进异质接头焊缝成形,设计了主要包含外部静止轴肩和内部三铣平面螺纹搅拌针的焊具。其中,...
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
专业名词缩写表
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 聚合物与金属常规焊接
1.3 聚合物与金属FSW研究动态
1.3.1 焊接性及可焊材料
1.3.2 焊接工艺参数
1.3.3 材料流动行为
1.3.4 接头力学性能
1.3.5 典型焊接缺陷及成因
1.4 聚合物与铝合金FSW强化技术
1.4.1 焊具结构设计
1.4.2 表面预处理
1.4.3 焊接结构形式
1.5 聚合物与铝合金FSW亟待解决问题
1.6 本文的主要研究内容
第2章 试验材料与设备
2.1 试验材料
2.2 试验设备
2.2.1 焊接设备
2.2.2 焊具及焊接参数
2.2.3 铝合金表面预处理
2.3 分析测试方法
2.3.1 表面形貌分析
2.3.2 测试试样制备
2.3.3 组织分析测试
2.3.4 力学性能测试
第3章 复合材料与铝合金FSW焊具设计和效用性
3.1 引言
3.2 接头成形与组织
3.2.1 接头成形与完整性
3.2.2 宏观形貌及特性
3.2.3 异质材料连接模式
3.3 力学性能评价
3.3.1 显微硬度分布
3.3.2 拉剪性能评价
3.4 本章小结
第4章 复合材料与铝合金FSW接头成形和力学性能调控
4.1 引言
4.2 焊缝表面形貌与完整性
4.3 显微组织与界面特性
4.3.1 显微组织
4.3.2 连接界面特性
4.3.3 材料迁移行为
4.4 接头承载能力表征
4.4.1 铝铆结构硬度
4.4.2 承载与断裂评价
4.5 本章小结
第5章 预构型对复合材料与铝合金FSW接头组织和性能的影响
5.1 引言
5.2 微弧氧化层表征
5.3 铝合金与聚合物连接模式
5.3.1 单一界面
5.3.2 非平直界面
5.3.3 多模式复合界面
5.4 铆焊结构特性与承载
5.4.1 接头组织与纤维分布
5.4.2 纳米压痕性能
5.4.3 结合界面承载与断裂
5.5 本章小结
第6章 复合材料与铝合金FSW接头连接和损伤机制
6.1 引言
6.2 多模式连接复合强化机制
6.2.1 微观机械连接
6.2.2 宏观机械连接
6.2.3 冶金连接
6.3 多模式强化接头力学性能
6.3.1 结合界面硬度及形貌
6.3.2 异质接头承载评价
6.3.3 拉剪断裂机制
6.4 铆焊结构性能提升
6.4.1 填充铆焊原理
6.4.2 填充铆焊接头完整性
6.4.3 填充铆钉性能
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3836445
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
专业名词缩写表
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 聚合物与金属常规焊接
1.3 聚合物与金属FSW研究动态
1.3.1 焊接性及可焊材料
1.3.2 焊接工艺参数
1.3.3 材料流动行为
1.3.4 接头力学性能
1.3.5 典型焊接缺陷及成因
1.4 聚合物与铝合金FSW强化技术
1.4.1 焊具结构设计
1.4.2 表面预处理
1.4.3 焊接结构形式
1.5 聚合物与铝合金FSW亟待解决问题
1.6 本文的主要研究内容
第2章 试验材料与设备
2.1 试验材料
2.2 试验设备
2.2.1 焊接设备
2.2.2 焊具及焊接参数
2.2.3 铝合金表面预处理
2.3 分析测试方法
2.3.1 表面形貌分析
2.3.2 测试试样制备
2.3.3 组织分析测试
2.3.4 力学性能测试
第3章 复合材料与铝合金FSW焊具设计和效用性
3.1 引言
3.2 接头成形与组织
3.2.1 接头成形与完整性
3.2.2 宏观形貌及特性
3.2.3 异质材料连接模式
3.3 力学性能评价
3.3.1 显微硬度分布
3.3.2 拉剪性能评价
3.4 本章小结
第4章 复合材料与铝合金FSW接头成形和力学性能调控
4.1 引言
4.2 焊缝表面形貌与完整性
4.3 显微组织与界面特性
4.3.1 显微组织
4.3.2 连接界面特性
4.3.3 材料迁移行为
4.4 接头承载能力表征
4.4.1 铝铆结构硬度
4.4.2 承载与断裂评价
4.5 本章小结
第5章 预构型对复合材料与铝合金FSW接头组织和性能的影响
5.1 引言
5.2 微弧氧化层表征
5.3 铝合金与聚合物连接模式
5.3.1 单一界面
5.3.2 非平直界面
5.3.3 多模式复合界面
5.4 铆焊结构特性与承载
5.4.1 接头组织与纤维分布
5.4.2 纳米压痕性能
5.4.3 结合界面承载与断裂
5.5 本章小结
第6章 复合材料与铝合金FSW接头连接和损伤机制
6.1 引言
6.2 多模式连接复合强化机制
6.2.1 微观机械连接
6.2.2 宏观机械连接
6.2.3 冶金连接
6.3 多模式强化接头力学性能
6.3.1 结合界面硬度及形貌
6.3.2 异质接头承载评价
6.3.3 拉剪断裂机制
6.4 铆焊结构性能提升
6.4.1 填充铆焊原理
6.4.2 填充铆焊接头完整性
6.4.3 填充铆钉性能
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3836445
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