在我国“双碳”目标的驱动下，轻量化设计理念渗透到先进制造业。轻质合金与比强度更大的热塑性复合材料的异种材料混合结构，成为装备进一步轻量化的重要途径，在航空航天、轨道交通、汽车等行业具有广泛应用前景。为了获得更好的减重效果和更高的加工效率，开发了一些用于热塑性塑料与金属连接的直接热焊接方法。然而，树脂和金属之间的低溶解度和化学不相容性给获得高可靠性的异种接头带来了挑战。

　　近日，哈尔滨工业大学檀财旺教授团队提出通过一种通过从界面原子尺度设计的双向改性诱导热塑性复合材料/金属热连接界面化学键合，实现接头高可靠性的调控手段，即：根据热塑性复合材料及金属的原子及官能团组成，通过第一性原理计算分析二者界面成键可能及成键原理后，分别对塑料及金属表面的化学状态进行改性，发现氧化后的金属与紫外接枝后的塑料热连接界面存在形成共价键倾向，结合第一性原理分析及试验实现对金属/热塑性复合材料热连接界面金属原子与羧基间配位键的定向诱导。

　　作者以碳纤维增强尼龙66与AZ31B镁合金为待连接材料，根据待连接材料内的金属原子及官能团组成，通过第一性原理计算二者连接界面的电子交互作用趋势及倾向，从而分析其成键可能及作用位点。结果发现金属氧化物是塑料与金属热连接界面化学成键的关键因素之一，然后通过紫外接枝处理。处理后的金属原子与羧基中氧原子在激光连接过程中发生了化学键合，实现了塑料大分子结构与金属晶体结构间的直接化学连接，通过X射线光电子能谱将该化学键合鉴定，并结合电子转移倾向分析该键型为配位键，一种强共价键。突破了现有针对调控机械嵌合机制的微织构引入加工时效长、调控化学键合机制的界面键合诱导困难等局限。此外，这项研究首次实现了塑料/金属复合Ⅰ型和Ⅱ型接头的性能评价，改性的热塑性复合材料/镁合金激光连接接头性能提升5倍以上，强化效果与处理作用时间比值处于目前界面强化领域报道的较高水平。该技术具有较高的工业适用性和市场应用前景，为当前提高热塑性复合材料/金属复合结构的可靠性开辟了一条新的方向。

(责任编辑：管理)