[发明专利]一种轻质合金与纤维增强复合材料摩擦微铆焊接方法

说明书

本发明涉及一种轻质合金与纤维增强复合材料摩擦微铆焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：对轻质合金的焊接表面和纤维增强复合材料的焊接表面进行清理；步骤S2：在轻质合金的焊接表面加工出凹凸结构；步骤S3：将轻质合金的焊接表面和纤维增强复合材料的焊接表面接触，摩擦焊接装置将轻质合金和纤维增强复合材料压紧并将轻质合金和纤维增强复合材料摩擦焊接固定。本发明通过摩擦焊，将熔化的碳纤维材料挤压进双层圆柱形微孔洞及纳米级微孔，实现宏观机械嵌合(微孔结构)和微观机械嵌合(孔洞结构)，大大提高了轻质合金和纤维增强复合材料的连接强度。

技术领域

本发明涉及摩擦焊接领域，尤其是一种轻质合金与纤维增强复合材料摩擦微铆焊接方法。

背景技术

碳纤维增强复合材料具有密度小（1.1 g/cm3-1.6 g/cm3）、强度高、成型过程中无需化学反应、成型周期短、可重复利用等优点，已成为继铝、钢、钛之后迅速发展的第四大航空结构材料，同时在汽车、机械、医疗、体育等行业得到了大力发展及应用。

碳纤维增强复合材料在使用过程中，不可避免的要和其他材料进行连接，尤其是各种钢材及轻质合金，其中碳纤维增强复合材料与铝合金的连接既能满足强度要求也能满足轻量化设计要求，因此碳纤维复合材料-铝合金连接技术得到了大量研究，现有的连接技术可大致分为胶接、机械连接（如螺接和铆接）以及焊接技术三大类，其中焊接技术只适用于基体材料为热塑性材料的复合材料。

摩擦焊是一种典型的固态连接技术，具有接头质量好、适于连接同种或异种金属、生产率高、节能、无污染等基本特点。然而，目前研究表明摩擦焊接碳纤维增强复合材料-铝合金接头强度较低，易发生早期失效，大大限制了摩擦焊接技术在异质接头连接方面的应用。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种轻质合金与纤维增强复合材料摩擦微铆焊接方法，解决了现有的摩擦焊接碳纤维增强复合材料和铝合金接头强度较低的问题。

一种轻质合金与纤维增强复合材料摩擦微铆焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：对轻质合金的焊接表面和纤维增强复合材料的焊接表面进行清理；

步骤S2：在轻质合金的焊接表面加工出凹凸结构；

步骤S3：将轻质合金的焊接表面和纤维增强复合材料的焊接表面接触，摩擦焊接装置将轻质合金和纤维增强复合材料压紧并将轻质合金和纤维增强复合材料摩擦焊接固定。

进一步地，所述步骤S1的清理方法为使用有机溶剂清洗轻质合金的焊接表面和纤维增强复合材料的焊接表面，去除轻质合金的焊接表面和纤维增强复合材料的焊接表面的杂质。

进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21：使用激光器以脉冲激光扫描轻质合金的焊接表面，轻质合金的焊接表面经激光蚀刻后形成有微孔结构；

步骤S22：使用阳极氧化设备对步骤S21后的轻质合金的焊接表面进行阳极氧化处理，使轻质合金的焊接表面形成有凹凸不平的孔洞结构；

步骤S23：阳极氧化处理完后，将轻质合金在超声波清洗机中清洗干净，并冷风吹干轻质合金。

进一步地，所述微孔结构包括第一盲孔，相邻的两个第一盲孔之间的距离相等。

进一步地，所述微孔结构还包括柱体，所述柱体位于第一盲孔内部。

进一步地，所述微孔结构还包括第二盲孔，所述第二盲孔形成在柱体内部，所述第一盲孔和第二盲孔的开口方向相同；所述柱体为圆柱或圆台，所述第一盲孔的内腔为圆柱或圆台，所述第二盲孔的内腔为圆柱或圆台；所述柱体、第一盲孔和第二盲孔的轴线重合。

进一步地，所述第一盲孔顶面的面积小于等于其底面的面积；所述第二盲孔顶面的面积小于等于其底面的面积。