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Previous issue date: 2015-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / The friction spot joining (FSpJ) emerges as an alternative and innovative
technique for producing polymer-metal hybrid structures. This technique was
developed and patented by HZG / Germany in 2012. The process uses a
combination of tools that by friction generates heat leading to the formation of a
polymer layer through the interface and mechanical interlocking between the
joints partners. Previous studies have demonstrated the technical feasibility of
producing hybrid joints by FSpJ, however, no studies have demonstrated the
influence of the process parameters on the joints properties. This study aimed to
produce hybrid joints of 6181-T4 aluminum alloy and carbon fiber reinforced
poly(phenylene sulfide) laminate composite (CF-PPS) by FSpJ and investigate
the influence of process and aluminum surface treatment on the structure and
the mechanical strength of these joints. The proper combination of these
parameters resulted in hybrid joints with single lap shear force of up to 1861 N
(29 MPa) and 3522 N (55 MPa) for double lap joints. This level of shear strength
is similar or superior to others metal / polymeric composite joints produced by
conventional joining techniques, demonstrating the potential of the FSpJ. The
rotational speed (RS) was the parameter with the greatest influence on the shear
strength of the joints, followed by the joining time (JT), tool plunge depth (PD)
and joining force (JF). Joints that had predominantly cohesive fracture showed
higher shear strength. Joints that were cooled at lower rates showed higher joint
shear strength, regardless the heat input, due to lower residual stress at the
interface of these joints. Through simple aluminum surface treatment (griding
followed by acid pickling) it was possible to achieve an increasing up to 160% in
the shear strength of the joints. / A união pontual por fricção (“Friction Spot Joining – FSpJ”) desponta como uma
técnica alternativa e inovadora para produzir estruturas híbridas metal-polímero.
Esta técnica foi desenvolvida e patenteada pela HZG / Alemanha em 2012. O
processo utiliza uma combinação de ferramentas que através da fricção sobre o
metal gera calor levando a formação de camada polimérica na interface e de
travamento mecânico entre as chapas. Estudos anteriores demonstraram a
viabilidade técnica para produção de juntas híbridas, porém, não há estudos
demonstrando efetivamente a influência dos parâmetros de união nas
propriedades das juntas. Este estudo teve como objetivo produzir juntas híbridas
de alumínio 6181-T4 e compósito laminado de poli(sulfeto de fenileno) e fibra de
carbono (CF-PPS) por FSpJ, e investigar a influência de parâmetros de processo
e tratamento superficial do alumínio sobre a estrutura e a resistência mecânica
dessas juntas. A combinação apropriada desses parâmetros resultou em juntas
híbridas com força máxima em cisalhamento de até 1861 N (29 MPa) na
geometria junta pontual sobreposta simples e de 3522 N (55 MPa) na geometria
de junta sobreposta dupla. Esse nível de resistência mecânica é similar ou
superior ao de outras juntas metal-compósito polimérico produzidas por técnicas
convencionais de união, demonstrando o potencial da técnica FSpJ. A
velocidade rotacional (VR) foi o parâmetro com maior influência na resistência
ao cisalhamento das juntas, seguida pelo tempo de união (TU), profundidade de
penetração (PP) e força de união (FU). As juntas com falha predominantemente
coesiva apresentaram resistência ao cisalhamento superior. Foi verificado que
juntas produzidas em menores taxas de resfriamento apresentam maior
desempenho mecânico, independentemente do aporte térmico utilizado, devido
a menor tensão residual na interface dessas juntas. Através de tratamentos
superficiais simples no alumínio (lixamento seguido de decapagem ácida) foi
possível alcançar aumento de até 160% na resistência ao cisalhamento das
juntas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/7345 |
| Date | 26 February 2015 |
| Creators | Esteves, João Victor Almeida |
| Contributors | Canto, Leonardo Bresciani, Amancio-Filho, Sergio de Traglia, Hage Junior, Elias |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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