本研究由Meysam Haghshenas和Farzad Khodabakhshi主导，分别来自美国北达科他大学机械工程系和伊朗德黑兰大学冶金与材料工程学院，于2019年5月31日发表于《The International Journal of Advanced Manufacturing Technology》。文章主要围绕摩擦搅拌焊接(Friction-Stir Welding, FSW)这一固态技术对金属与聚合物异质连接的研究进展，按系统性的方式综述了相关领域的研究成果与现状。
摩擦搅拌焊接作为一种新兴的固态焊接技术，近年来被视为解决金属与聚合物异质连接问题的潜在方案，尤其在汽车产业等轻量化、绿色化需求旺盛的场景中，这种技术尤为重要。与传统的机械连接、粘接和熔融焊接相比，FSW具备更高的连接效率、更低成本以及对环境的友好性。然而，金属与聚合物之间因物理化学性能的巨大差异，其连接质量及强度仍面临挑战。因此，本综述汇总了使用摩擦搅拌焊接技术实现金属与聚合物异质连接的研究成果，以期为未来研究提供参考。
研究指出，FSW广泛应用于铝等轻质金属和热塑性聚合物的焊接实验。这种异质连接的设计有两种主要形式：对接接头（butt joint）和搭接接头（lap joint）。通过优化加工参数，如工具旋转速度、行走速度、倾斜角度及插入深度，研究者探索了不同金属与聚合物结合后的微观结构、界面结合特性和力学性能。
支持证据： 1. 实验表明，在铝（如AA5059、AA6061等）和聚合物（如高密度聚乙烯HDPE、聚碳酸酯PC等）的对接或搭接焊接中，通过调节参数可以显著影响焊接区（stir zone, SZ）形貌和界面附着力。 2. 图1至图10展示了典型金属与聚合物焊接表面的宏观形貌、搅拌区材料混合特性及微观结构。
FSW引入微观和纳米级的机械嵌锁（mechanical interlocking）和化学粘附（chemical adhesion），成为异质连接的主要结合机制。在搅拌区，铝碎片嵌入软化后的聚合物中形成微观“锁扣”结构。此外，还观测到纳米级界面，为进一步分析提供了依据。
支持证据： 1. Khodabakhshi等通过高分辨率透射电子显微镜（High-Resolution TEM）发现，铝-聚合物界面包含约30纳米厚的半晶态铝氧化层，与周围聚合物材料形成化学结合。 2. 图8至图12清晰展示了在不同加工参数下搅拌区内的材料流动形式及微观嵌锁机制。
金属与聚合物FSW接头的拉伸性能通常较差，最大连接强度约占聚合物母材的60-70%。影响机械性能的核心因素包括： - 加工参数（如旋转速度、行走速度和插入深度）显著影响焊接区应力集中和缺陷分布； - 接头设计形式（对接接头的增强效果优于搭接接头）； - 材料间流动与混合程度。
支持证据： 1. 图15至图22反映了不同参数下试样的力学性能如抗拉强度（Ultimate Tensile Strength, UTS）和剪切强度（Shear Bond Strength, SBS）的变化趋势。 2. 表2总结了不同方法获得的剪切连接强度，显示FSW技术比其他传统方法有显著改进。
接头破裂行为的研究显示，失效位置通常发生在搅拌区与铝界面，主要因界面化学结合薄弱以及焊接区缺陷（如收缩气孔和裂纹）导致。在拉伸载荷下，接头的界面容易发生局部塑性变形，最终演变为完全断裂。
支持证据： 1. SEM图像和EDS结果揭示，裂纹在人字形界面的聚合物-金属结合区域扩展，这是接头失效的主要原因。 2. 图28至图34展示了不同实验条件下拉伸失败样品的破裂宏观与微观特征。
文中多次提到，由于金属与聚合物物理、机械性能上的巨大差异，难以获得高效且稳定的异质连接。未来前沿课题建议包括： 1. 在聚合物中引入增强剂（二次相颗粒或纤维）以调节材料物性差异； 2. 通过纳米复合摩擦搅拌加工（Friction-Stir Processing, FSP）技术协助连接质量提升； 3. 开发更高精度的数值模拟工具，如结合有限元方法和计算流体力学（Computational Fluid Dynamic, CFD）模拟金属与聚合物流体交互。
Aghajani Derazkola等使用非线性传热方程和动量守恒方程，通过模拟研究揭示了FSW过程中温度分布和材料流动模式的规律。研究显示，焊缝处的最高温度介于聚合物玻璃化转变温度与铝熔点之间，有助于形成可靠连接。
支持证据： 1. 模拟结果如图38至图39，与实验中焊接区域形貌和连接特性一致。 2. 模型假设包括非牛顿流体行为、欧拉解法、以及化学反应假定性等。
本综述系统分析了摩擦搅拌焊接技术在金属-聚合物异质连接中的应用潜力。其科学意义在于阐明了焊接过程中物理、化学作用机制，为异质材料的高效连接提供了理论指导和技术支持。实际应用层面，这一技术尤其适用于汽车和航空领域，满足了轻量化和环保的要求。同时，本研究开放了潜在研究方向，如纳米复合材料开发、界面化学改性和数值模拟优化。
该综述文献大幅推进了FSW异质连接领域的认知，为未来研究和技术研发提供了重要参考。