Elucidation of interface bonding mechanism and novel-tool strengthening principle in friction assisted joining of Al alloy to CFRTP

阐明铝合金与 CFRTP 摩擦辅助连接中的界面结合机制和新型工具强化原理

基本信息

  • 批准号:
    22K14511
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.91万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2022-04-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Pinless friction spot joining (FSpJ) has proven to be a competitive friction-based joining technique for fabricating metal/carbon fiber-reinforced thermoplastics hybrid joints. The study in the past one year investigated the feasibility of tool modification to improve the property of the silane-coated 6061-T6 aluminum alloy (Al alloy) and carbon fiber-reinforced polyamide-6 (CF/PA6) FSpJ joint. The interfacial structure, bonding strength and fracture surface of the joints obtained by four tools, viz, old flat (OT), new flat (NT), concave-shaped (CT) and ring-shaped tools (RT) with different rotation speeds, were analyzed and compared. An experimentally validated three-dimensional finite element model was also built to help understand FSpJ process. From the combined evaluation of thermal process and mechanical characteristics, the CT tool was recommended for the FSpJ of Al and CF/PA6 because it offered more uniform temperature distribution and improved macro-mechanical interlocking at the interface with good wetting conditions, sufficient chemical reaction and effective joining area, and a lower tensile residual stress, in comparison with other tools, and hence showed the highest shear force.
无销摩擦点连接 (FSpJ) 已被证明是一种具有竞争力的基于摩擦的连接技术,用于制造金属/碳纤维增强热塑性塑料混合接头。过去一年的研究调查了通过工具改进来提高硅烷涂层6061-T6铝合金(Al合金)和碳纤维增强聚酰胺6(CF/PA6)FSpJ接头性能的可行性。旧平面(OT)、新平面(NT)、凹形(CT)和环形工具(RT)四种工具在不同转速下获得的接头界面结构、结合强度和断裂面,进行了分析和比较。还建立了经过实验验证的三维有限元模型,以帮助理解 FSPJ 过程。从热过程和机械特性的综合评估来看,CT工具被推荐用于Al和CF/PA6的FSpJ,因为它提供了更均匀的温度分布,改善了界面处的宏观机械联锁,具有良好的润湿条件、充分的化学反应和与其他工具相比,有效的连接面积和较低的拉伸残余应力,因此表现出最高的剪切力。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Improving bonding strength of Al/CFRTP hybrid joint through modifying friction spot joining tools
  • DOI:
    10.1016/j.compositesb.2023.110588
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Peihao Geng;Hong Ma;Weihao Li;K. Murakami;Qian Wang;N. Ma;Y. Aoki;H. Fujii;Chuantong Chen
  • 通讯作者:
    Peihao Geng;Hong Ma;Weihao Li;K. Murakami;Qian Wang;N. Ma;Y. Aoki;H. Fujii;Chuantong Chen
Measurement and simulation of thermal-induced residual stresses within friction stir lapped Al/steel plate
测量和模拟摩擦搅拌研磨铝/钢板内的热诱导残余应力
  • DOI:
    10.1016/j.jmatprotec.2022.117760
  • 发表时间:
    2022-08-29
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Geng, Peihao;Morimura, Masashi;Fujii, Hidetoshi
  • 通讯作者:
    Fujii, Hidetoshi
Prediction of residual stresses within dissimilar Al/steel friction stir lap welds using an Eulerian-based modeling approach
  • DOI:
    10.1016/j.jmapro.2022.05.001
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Peihao Geng;Masashi Morimura;Song Wu;Yong Liu;Yunwu Ma;N. Ma;Y. Aoki;H. Fujii;Hong Ma;G. Qin
  • 通讯作者:
    Peihao Geng;Masashi Morimura;Song Wu;Yong Liu;Yunwu Ma;N. Ma;Y. Aoki;H. Fujii;Hong Ma;G. Qin
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