飛秒激光表面織構化對CFRP/2060鋁鋰合金高速激光連接接頭剪切性能的影響*

王 棟，徐潔潔，黃 婷，景若木，張景泉，肖榮詩

（北京工業大學材料與制造學部智能光子制造研究中心，北京 100124）

碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料(CFRP)具有高比強度、優異的耐腐蝕性和抗疲勞性等性能，在航空航天、汽車制造等領域得到廣泛應用[1–3]；金屬材料具有良好機械加工性、熱導性、成本低等優勢，是首選的結構材料[4]。為了充分發揮兩種材料的優越性能，在未來輕量化結構設計與制造中不可避免涉及CFRP 與金屬材料的連接問題[5–6]。

CFRP 與金屬材料的連接方式主要包括機械連接、粘接及焊接[7–8]。機械連接存在復材制孔困難、結構件額外增重、接頭密封性差等不足[9]，而粘接工藝周期較長、表面預處理要求較高、接頭環境適應性差[10]。相比之下，激光連接可控性好、加工效率高，具有較好的工業應用前景，受到國內外研究者的廣泛關注[9–11]。CFRP 與金屬的物化性質差異大，接頭連接界面是異質結構最薄弱的部位。如何獲得力學性能良好的異質結構連接接頭成為研究的焦點。

目前，較為常用的界面結合增強途徑主要包括增強化學鍵結合和增強機械結合[12–16]。增強化學鍵結合是通過增加異質結構界面處的化學鍵數量，以提高界面結合強度，主要途徑包括金屬表面陽極氧化處理[12]和CFRP 表面紫外光接枝處理[13]等；增強機械結合則是通過增加連接界面的機械錨固作用，從而提高連接接頭強度，主要途徑包括對金屬表面進行砂紙打磨[14]、銑削處理[15]及表面織構化處理[16]等。其中，激光表面織構化具有可控性好、結構密度高等優勢，作為可有效提高異質結構接頭強度的方式受到越來越廣泛的關注[17–18]。……