铝合金表面几何结构对Araldite 2014-2胶接接头性能的对比研究：激光织构与喷砂处理的协同效应

本研究针对铝合金胶接接头强度提升的工程需求，通过对比喷砂与激光织构（SGP）对EN AW-1050A/2024/5083三种铝合金表面形貌、润湿性及微观沟槽形态的影响，发现激光织构可显著提高接头承载能力（最高达316%）和破坏能量（EN AW-5083提升2912%）。研究为航空薄壁结构环保化表面处理提供了新思路，相关成果发表于《Applied Surface Science》。

　　

在航空制造和汽车工业领域，铝合金结构的轻量化设计常依赖胶接技术，但传统表面处理方法如化学蚀刻存在环境污染风险，而机械喷砂则受制于操作一致性。如何通过绿色高效的表面改性技术提升胶接界面性能，成为亟待解决的工程难题。

研究人员聚焦EN AW-1050A、EN AW-2024和EN AW-5083三种典型铝合金，系统比较了喷砂与光纤激光织构（20W，λ_l=1060-1080nm）对表面几何参数（SGP）、润湿性和单搭接接头（SLJ）性能的影响。研究发现激光织构通过Marangoni效应形成规则微沟槽结构，使EN AW-5083接头的剪切强度提升316%，破坏能量达未处理试样的30倍。该成果为替代有毒化学表面处理提供了技术支撑，论文发表于《Applied Surface Science》。

关键技术包括：1）采用3D激光轮廓仪量化表面粗糙度（Sa/Sz参数）；2）通过高速摄影分析液滴接触角（CA）与表面自由能（SFE）；3）结合SEM/EDS表征微沟槽形貌；4）标准化单搭接剪切测试（ASTM D1002）。

表面形貌分析
激光织构在EN AW-5083表面形成深度达68μm的规则微沟槽，其Sa参数较原始表面提升309%。喷砂处理虽增加粗糙度，但残留磨料颗粒导致SFE降低27%。

润湿性机制
激光处理使EN AW-2024的SFE提升42%，但高表面粗糙度导致水接触角增大。二碘甲烷在织构表面的铺展行为证实微沟槽可定向引导液体流动。

接头性能
EN AW-5083激光织构试样表现出最优性能，其破坏能量达2912%增幅。微观分析揭示"微钩"结构通过机械互锁效应改变破坏模式，使50%损伤区域转为内聚破坏（CF）。

讨论与意义
该研究创新性地证明：1）激光能量密度与合金热导率（k=114-230W/m·K）共同决定微沟槽形貌；2）表面自由能极性组分（γ_s^p）对胶接强度的影响超过粗糙度本身；3）横向微沟槽设计可有效抑制裂纹扩展。相比传统方法，激光处理避免了有害废弃物产生，为航空铝合金结构的可持续制造提供了新范式。