热塑性聚合物与轻质金属在工业轻量化设计中的连接需求越来越多,激光直接连接技术是实现异质材料连接的重要手段。针对5052铝合金与聚对苯二甲酸丁二醇脂(Polybutylene terephthalate, PBT)激光直接连接存在高反光性与连接强度不高的问题,提出对铝合金的光照上表面进行涂黑处理以提高对激光能量的吸收率,并对铝合金下表面连接处进行局部激光氧化处理以提高铝合金与 PBT 的激光直接连接强度。分析了激光表面氧化处理对铝合金表面的几何形貌、粗糙度和氧含量的影响,并对激光直接连接机理进行了探究。研究结果表明:氧化处理后的铝合金表面形成了微纳结构,表面粗糙度和氧含量增大,表面润湿性能得到明显改善,氧化处理促进了铝合金与PBT之间的锚固连接;X射线光电子能谱仪(XPS)分析发现,铝合金与PBT之间形成了Al—O—C和Al—C化学键,化学连接有效地提高了连接强度。

为降低碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金进行激光焊接时,激光加热对铝合金造成的焊接缺陷,提升焊接接头的力学性能,将激光搅拌焊接方法引入到铝合金与CFRTP的焊接中。通过与传统的激光直线焊接方法进行对比后发现:在相同的激光功率和焊接速度下,激光搅拌焊接接头的连接强度为传统激光直线焊接的3.25倍;激光搅拌焊接还可以显著减少气孔缺陷,获得较好的焊缝形貌。为进一步研究CFRTP/铝合金激光搅拌焊接的机理,对CFRTP/铝合金激光搅拌焊接温度场进行仿真分析,结果表明:铝合金表面的温度场呈非等幅振荡形式变化,且出现了两个峰值,这是激光搅拌焊接能够降低焊接缺陷的主要原因之一。同时,对铝合金焊缝的熔深、熔宽进行计算,并与测量结果进行对比,仿真结果与实验结果的误差在9.87%以内。

激光透射连接具有生物相容性的异种材料在生物医学植入体及其封装中具有良好的应用前景。利用半导体激光器对镀钛玻璃与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)进行激光透射连接试验，其中玻璃上镀钛薄膜是通过射频磁控溅射方法完成的镀膜。通过单因素工艺研究了主要工艺参数激光功率、扫描速度和镀钛薄膜的厚度对连接强度的影响，并探讨了玻璃基片的表面粗糙度对镀钛薄膜粗糙度以及其连接强度的影响。通过搭接剪切试验得到镀钛玻璃与PET之间的连接强度，采用真彩共聚焦材料显微镜对拉伸失效后的试样表面进行观测和失效分析，使用X射线光电子能谱(XPS)检测激光透射连接过程中镀钛玻璃与PET之间化学键的形成信息。结果表明：主要工艺参数激光功率、扫描速度对连接强度有着重要影响，增加玻璃基片的粗糙度和镀钛薄膜的厚度可以提高其连接强度，为激光透射连接镀钛玻璃与聚合物提供了参考。