سازندگان خودرو همواره به دنبال ساخت وسایلی سبک تر، ایمن تر و با سازگاری محیطی بالاتر هستند، استفاده از آلیاژهای آلومینیم و قطعات پلیمری و ترکیب آنها، دستیابی به این امر را امکان پذیر نموده است.
بنابراین برای تولید سازههای پیچیده از این مواد، بحث اتصال آنها مطرح خواهد بود، اتصال نامتجانس میان فلز و پلیمر میتواند خواص مختلف آنها را به گونه ای که ماده ی ترکیبی تولیدی دارای کارکرد ساختاری میانه ای از هر کدام از اجزاء به صورت جداگانه باشد، ترکیب نماید، برای مثال، بهبود کارایی وزن به استحکام در اجزای حمل و نقل یکی از مزایای اصلی اتصال پلیمر-فلز است. نتایج این طرح مشکل اتصال دهی نامتجانس قطعاتی از جنس آلیاژهای آلومینیم به قطعات پلیمری ترموپلاستیک را برطرف مینماید. در این طرح فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به عنوان روشی پربازده تر در مقایسه با اتصال دهی شیمیایی چسبی یا مکانیکی با پیچ و پرچ مطرح شده است.
همچنین، عوامل و شرایط فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی جهت دست یابی به اتصالی با ظاهر و خواص مناسب میان آلیاژ آلومینیم 5059 و پلی اتیلن چگالی بالا بهینه گردیده است. این تحقیق اولین گزارش بر روی اتصال دهی اصطکاکی اغتشاشی نامتجانس آلومینیم-پلی اتیلن و یا به طور کلی تر فلز-پلیمر است.
دکتر فرزاد خدابخشی، در خصوص اهمیت انجام این پژوهش میگوید: به دلیل تفاوت زیاد خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی پلیمرها و فلزات، اعمال روشهای مرسوم جوشکاری برای اتصال این مواد غیرممکن است. وی بیان کرد: به طور خیلی ساده محدوده ی دمایی موردنیاز جهت دست یابی به اختلاط با ماده ی فلزی سخت تر حین جوشکاری، سبب نرم شدن، اکسیداسیون و از بین رفتن پلیمر میگردد.
وی افزود: بنابراین، نیاز به ابداع روش اتصال دهی جدیدی در حالت جامد است. در میان روشهای مختلف اتصال دهی حالت جامد، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی روشی سازگار با توانایی بالا جهت اتصال مواد غیرهمجنس با خواص کاملاً متفاوت (فلزات و غیرفلزات) است.
به گفته این محقق اتصال دهی نامتجانس حالت جامد آلیاژ آلومینیم به پلی اتیلن، به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی سبب افزایش قابل ملاحظه ای در سرعت تولید در مقایسه با روشهای اتصال دهی شیمیایی بر پایه ی چسب یا مکانیکی بر پایه ی پیچ و پرچ شده است. به تبع این امر کاهش هزینه و کاهش قیمت تمام شده محصول عملی شده و همچنین میتواند سبب کاهش آلودگی و کاهش اثرات جانبی نیز گردد.
با بررسی طرحهای اتصال و پارامترهای جوشکاری مختلف مشخص گردیده که جوش اصطکاکی اغتشاشی با ظاهری مناسب و بدون عیب، با استفاده از طرح اتصال سر به سر قابل دست یابی است. در این مطالعات مشاهده شده که تشکیل لایه ای نیمه کریستالی با ضخامتی حدود 30 نانومتر از فاز آلومینای کوراندوم در فصل مشترک زمینههای آلومینیومی و پلیمری نقش بسزایی در اتصال دهی این مواد نامتجانس دارد.
در روند این تحقیقات ابتدا پارامترهای فرایندی از قبیل سرعت چرخشی و انتقالی و طرح و هندسه ی ابزار جهت دست یابی به جوشی عاری از عیب با ظاهر مناسب بهینه گردیدند. سپس، مکانیزم اتصال دهی، استحکام اتصال و سختی نواحی مختلف در مقطع جوش مطالعه شدند. مشخصات فاز جدید تشکیل شده نیز با استفاده از میکروسکوپهای الکترونی عبوری روبشی و با قابلیت تفکیک بالا مورد بررسی قرار گرفت.
بر اساس گفته خدابخشی، قفل شدن مکانیکی، با تشکیل قیدهای میکرو و ماکرو در کنار اتصال شیمیایی فصل مشترکی میان لایههای آلومینیم و پلیمر انجماد یافته، مکانیزمهای اصلی اتصال دهی حین فرایند جوشکاری است.