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Previous issue date: 2015-11-30 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Friction Spot Joining (FSpJ) is a prize-winning joining technique for hybrid
metal-polymer composite structures. This master thesis was devised to
investigate the feasibility of FSpJ of metal-composite structures with additional
film interlayer. Friction spot joints of aluminum alloy 2024-T3 and carbon-fiberreinforced
polyphenylene sulfide laminate composite with additional PPS film
interlayer were successfully produced. The highest peak temperature achieved
during the joining process was 417°C. DSC analysis demonstrated that the
degree of crystallinity decreased for the composite (from 22% to 12%) and
increased for the PPS film (from 7% to 27%) after joining. TGA analysis
indicated that no extensive thermo-mechanical degradation induced by the
joining process occurred. The main bonding mechanisms of FSp joint were
identified as macro- and micro-mechanical interlocking, as well as adhesion
forces. The process-related microstructural effects were evaluated and
correlated to the local mechanical performance of the joining parts through
micro and nanohardness. Further, mechanical grinding, sandblasting and
plasma activation surface pre-treatments were performed on the composite part
to enhance the adhesion between the joining parts. The generated surface
features due to the surface pre-treatments were correlated to the mechanical
performance of the joints. Sandblasted specimens showed the best mechanical
performance among the surface pre-treatments used in this work. The lap shear
strength of joints with interlayer (2703 ± 114 N up to 3069 ± 166 N) was up to
55% higher than the corresponding joints without film. The fatigue life of the
joints with interlayer was 4 times longer in comparison with those without
interlayer; superior fatigue strength was also observed. The durability of the
joints was evaluated through hydrothermal accelerated aging; the maximum
reduction in initial strength was 12.4% for 28 days of aging. Finally, the failure
mechanisms of the joints were discussed, demonstrating a mixture of adhesivecohesive
failure mode. / A União Pontual por Fricção (FSpJ) é uma técnica internacionalmente
premiada para união de estruturas híbridas metal-compósito polimérico. Esta
dissertação de mestrado investigou a viabilidade técnica da produção de juntas
metal-compósito com filme polimérico intermediário através do FSpJ. Juntas de
alumínio 2024-T3 e laminado compósito de poli(sulfeto de fenileno) (PPS)
reforçado com fibras de carbono com filme intermediário de PPS foram
produzidas com sucesso. A máxima temperatura processual identificada foi de
417°C. Análises de DSC demonstraram decréscimo no grau de cristalinidade
do compósito (de 22% para 12%) e acréscimo no caso do filme intermediário
(de 7% para 27%) depois de submetidos ao processo de união. Análises de
TGA não identificaram evidências de ocorrência de degradação termomecânica
dos componentes poliméricos das juntas induzida pelo FSpJ. Os principais
mecanismos de união identificados na interface das juntas foram macro- e
micro-ancoramento mecânico, além de forças adesivas. As mudanças
microestruturais induzidas pelo processo de união foram investigadas e
correlacionadas com o desempenho mecânico local dos componentes da junta
através de medidas de micro e nanodureza. Pré-tratamentos superficiais de
lixamento, jateamento de areia e ativação por plasma foram realizados no
componente compósito a fim de aprimorar a adesão entre os componentes a
serem unidos. As superfícies pré-tratadas foram caracterizadas e suas
propriedades foram correlacionadas com a resistência mecânica das juntas
correspondentes. As amostras jateadas produziram juntas com a melhor
resistência mecânica entre os pré-tratamentos superficiais investigados neste
estudo. A resistência ao cisalhamento das juntas com filme (2703 ± 114 N até
3069 ± 166 N) apresentou-se até 55% superior à resistência das respectivas
juntas sem filme. A vida em fadiga das juntas com filme apresentou-se cerca de
4 vezes mais longa em comparação às juntas sem filme. A durabilidade das
juntas foi investigada através de envelhecimento hidrotérmico acelerado, sendo
que a máxima redução em resistência ao cisalhamento foi de 12,4% para 28
dias de envelhecimento. Finalmente, os mecanismos de falha das juntas foram
discutidos, demonstrando a predominância do modo coesivo de falha.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8275 |
| Date | 30 November 2015 |
| Creators | André, Natália Manente |
| Contributors | Canto, Leonardo Bresciani, Amancio Filho, Sergio de Traglia |
| 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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