On the feasibility of friction spot joining in magnesium/fiber-reinforced polymer composite hybrid structures

Abstract

In the present study, the feasibility of the Friction Spot Joining technique on magnesium AZ31-O / glass fiber and carbon fiber reinforced poly(phenylene sulfide) joints is addressed. The thermo-mechanical phenomena associated with the Friction Spot Joining process promoted metallurgical and polymer physical-chemical transformations. These effects resulted in grain refinement by dynamic recrystallization and changes in local (microhardness) and global strength (lap shear). Friction spot lap joints with elevated mechanical performance (20-28 MPa) were produced without surface pre-treatment. This preliminary investigation has successfully shown that Friction Spot Joining is an alternative technology for producing hybrid polymer-metal structures.

Influência da Espessura do Filme Polimérico Intermediário na Resistência Mecânica de Juntas Híbridas de Alumínio 2024-T3 e CF-PPS Produzidas por União Pontual por Fricção

“…Desenvolvida e patenteada pelo instituto de pesquisas Helmholtz-Zentrum Geesthacht da Alemanha [18], esta nova técnica de união é baseada na geração de calor por fricção e tem como principais vantagens a não utilização obrigatória de materiais de adição e tratamentos superficiais prévios extensivos, além de apresentar ciclos curtos de união [9,19].…”

“…Esteves et al [20] demonstrou a otimização do processo para juntas de alumínio 6181-T4/CF-PPS. Amancio-Filho et al [19] apresentou a viabilidade de aplicação do processo FSpJ para unir a liga de magnésio AZ31 com GF-PPS e CF-PPS. Nestes estudos, as juntas híbridas unidas por FSpJ atingiram excelentes níveis de resistência mecânica, com valores superiores ou comparáveis a outras técnicas de união de estruturas híbridas já consolidadas, como a soldagem por resistência e por indução.…”

“…A FSpJ busca mitigar as desvantagens dos processos de união para estruturas híbridas, os quais mostram-se limitados diante da susceptibilidade à degradação térmica dos polímeros, à danos ao reforço fibroso no caso dos compósitos poliméricos, e à alta dissimilaridade de propriedades dos materiais envolvidos na junta [19][20][21].…”

“…Para a produção de juntas híbridas metal-polímero, inicialmente os componentes a serem unidos são sobrepostos com auxílio de um porta-amostras [19] e firmemente mantidos pelo anel de fixação e um pistão, de modo que o componente metálico esteja em contato direto com a ferramenta.…”

“…De maneira simplificada pode-se dividir o processo FSpJ na variante camisa-penetrante em três etapas (Figura 2) [19]. Na primeira etapa, tem-se a penetração da camisa, que aquece, amolece e deforma o componente metálico por fricção, enquanto o pino é retraído, formando uma cavidade que é preenchida por metal amolecido (Figura 2-1).…”