什么是“異種材料連接技術(shù)”？一文說(shuō)清

2026年是“十五五”開(kāi)局之年，正是將宏觀“規(guī)劃圖”細(xì)化為可行“施工圖”的關(guān)鍵階段。在這個(gè)過(guò)程中，我們會(huì)頻繁遇到一系列聽(tīng)起來(lái)專業(yè)又前沿的“科技名詞”，比如“綠色供應(yīng)鏈”“清潔低碳?xì)洹钡取＿@些術(shù)語(yǔ)并非空洞的概念，它們背后折射的是未來(lái)幾年科技突破、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與生活演進(jìn)的真實(shí)方向。

那么，這些詞究竟意味著什么？它們將如何具體地改變我們的日常？今天，就讓我們走進(jìn)“異種材料連接技術(shù)”這個(gè)名詞。

什么是異種材料連接技術(shù)？

異種材料連接技術(shù)（dissimilar materials joining，DMJ）指通過(guò)物理（機(jī)械連接/固態(tài)連接）、化學(xué)（膠接連接）或冶金手段，使兩種及以上物理/化學(xué)性質(zhì)顯著差異的材料（如金屬-塑料、陶瓷-合金）在界面形成可靠結(jié)合的工程技術(shù)，其核心是克服不同材料之間熱膨脹系數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)或化學(xué)相容性等不匹配問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化。

異種材料連接技術(shù)的分類信息

異種材料連接技術(shù)的分類

異種材料連接技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、電子信息和醫(yī)療等領(lǐng)域。異種材料連接技術(shù)涵蓋的種類較多，主要可以分為四大類：機(jī)械連接技術(shù)、冶金連接技術(shù)、膠接連接技術(shù)和固態(tài)連接技術(shù)。

機(jī)械連接技術(shù)：通過(guò)物理互鎖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)異種材料機(jī)械固定的工藝，如鉚接、螺接等。

冶金連接技術(shù)：通過(guò)高溫熔化界面或填充材料，使異種材料在原子層面相互擴(kuò)散/混合，冷卻后形成冶金結(jié)合的工藝，如電阻熔釬焊、激光熔釬焊等。

膠結(jié)連接技術(shù)：利用高分子膠粘劑的化學(xué)粘附力與內(nèi)聚力，在異種材料界面形成連續(xù)膠層實(shí)現(xiàn)連接的工藝，如環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘接。

固態(tài)連接技術(shù)：在材料不熔化的前提下，通過(guò)壓力、摩擦或擴(kuò)散作用，使界面原子緊密接觸形成鍵合的工藝，如攪拌摩擦點(diǎn)焊、超聲波焊接等。

圖1 飛機(jī)常用異種材料的連接形式：A、B、C為異種材料，材料A和材料B為搭接或膠接狀態(tài)；或者材料A與材料B和材料C之間為螺接或鉚接狀態(tài)。圖片來(lái)源：《腐蝕與防護(hù)》

不過(guò)，盡管四大類連接技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用到制造業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，但依然有很多問(wèn)題有待于探索和研究，其中，最根本的還是要解決由于異種材料特性所帶來(lái)的連接之后的界面硬脆相、電化學(xué)腐蝕、變形和應(yīng)力等核心技術(shù)問(wèn)題。

同時(shí)，機(jī)械連接技術(shù)要考慮輕量化、連接強(qiáng)度和可維修性的平衡問(wèn)題，冶金連接技術(shù)要聚焦原子級(jí)界面的精準(zhǔn)調(diào)控，膠接連接技術(shù)要攻克全生命周期的可靠性，固態(tài)連接突破高效化瓶頸和敏感材料適配性問(wèn)題。

整體而言，四類連接技術(shù)正從“單一工藝突破”走向復(fù)合化-智能化-綠色化協(xié)同，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中沒(méi)有萬(wàn)能工藝，只有最優(yōu)組合。

異種材料連接技術(shù)的

應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景

近年來(lái)，隨著新材料在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，材料連接問(wèn)題日益凸顯。異種材料連接技術(shù)因其能夠結(jié)合不同材料的優(yōu)異性能，在眾多工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，具體應(yīng)用如下：

在汽車工業(yè)領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)燃油汽車節(jié)能減排、電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力提升，汽車工業(yè)輕量化發(fā)展趨勢(shì)日益凸顯，輕量化材料應(yīng)用比例不斷提高。異種材料連接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了有力支持。通過(guò)將鋁合金與高強(qiáng)度鋼等材料結(jié)合，汽車制造商能夠在不降低車身強(qiáng)度的前提下，顯著減輕汽車重量，從而提高燃油效率并減少二氧化碳排放。例如，激光焊接和攪拌摩擦焊等先進(jìn)的連接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車車身的制造中，這些技術(shù)不僅能夠確保連接的可靠性，還能有效減少熱變形，提高生產(chǎn)效率。

在航空航天工業(yè)領(lǐng)域，異種材料連接技術(shù)可以用于連接鋁、鈦等金屬，形成飛機(jī)結(jié)構(gòu)，能夠滿足航空航天對(duì)材料的強(qiáng)度、輕量化和耐腐蝕性的要求。此外，C/C復(fù)合材料與金屬的連接技術(shù)也在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是在高功率密度電子器件的散熱系統(tǒng)中，這種連接方式能夠有效解決熱量聚集的問(wèn)題，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)療設(shè)備和植入物的制造對(duì)材料的生物相容性和精度要求極高。異種材料連接技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用，為制造高性能的醫(yī)療產(chǎn)品提供了支持。例如，鈦合金與不銹鋼的連接被廣泛應(yīng)用于制造人工關(guān)節(jié)等醫(yī)療植入物。激光焊接技術(shù)能夠確保植入物的連接精度和生物相容性，從而提高患者的康復(fù)效果和生活質(zhì)量。

異種材料連接技術(shù)的

綠色應(yīng)用難點(diǎn)

目前，異種材料連接在綠色應(yīng)用中面臨著諸多挑戰(zhàn)，這些難點(diǎn)涉及工藝技術(shù)、環(huán)境影響等多個(gè)維度。

一是傳統(tǒng)連接工藝的環(huán)境問(wèn)題。膠接是異種材料連接中常用的方法之一，但傳統(tǒng)膠粘劑在使用過(guò)程中會(huì)釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），可能對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害。雖然低VOC或無(wú)溶劑的環(huán)保型膠粘劑正在逐步推廣，但其成本較高，且在某些應(yīng)用場(chǎng)景中的性能仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

二是新型綠色工藝的技術(shù)成熟度問(wèn)題。在中國(guó)，異種材料連接技術(shù)的研究起步較晚，盡管一些綠色連接技術(shù)（如攪拌摩擦焊、超聲波焊接等）已經(jīng)展現(xiàn)出良好的環(huán)保性能，但這些技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨設(shè)備成本高、工藝參數(shù)復(fù)雜等問(wèn)題，限制了在一些中小企業(yè)中的應(yīng)用，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。未來(lái)需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備優(yōu)化和工藝改進(jìn)，進(jìn)一步提高綠色連接技術(shù)的性能和應(yīng)用范圍。

圖2 鋁-不銹鋼異種金屬攪拌摩擦焊示意圖。圖片來(lái)源：參考來(lái)源[5]

參考文獻(xiàn)

[1]2025-2029年異種材料連接行業(yè)深度市場(chǎng)調(diào)研及投資策略建議報(bào)告 https://www.sohu.com/a/850442898_385826

[2] C/C復(fù)合材料連接技術(shù)研究進(jìn)展 https://ccia.xin/zhuantibaogao/2415.html

[3] 馮吉才.異種材料連接研究進(jìn)展[J].航空學(xué)報(bào), 2022, 43(2):626413-626413.DOI:10.7527/S1000-6893.2021.26413.

[4] 嚴(yán)酷環(huán)境中飛機(jī)異種材料連接結(jié)構(gòu)的防腐蝕措施 https://mp.weixin.qq.com/s/AcmwJhdMKMX5rOg6ntCoIA

[5]相倩,呂念春,薛鵬,等.鋁-鋼異種金屬攪拌摩擦焊研究現(xiàn)狀及展望[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2017,53(20):10.DOI:10.3901/JME.2017.20.028.

策劃制作

作者丨宋濤 中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)智能制造與裝備部研究員

審核丨路瑞剛 中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)科普文化與傳播部部長(zhǎng)

責(zé)編丨王夢(mèng)如

審校丨徐來(lái) 張林林