铝、铜两种有色金属均具有良好的导电、导热、耐蚀及加工成型性,铝与铜形成的连接件可以降低结构成本,同时减轻构件重量。目前,铝／铜复合结构的应用几乎遍及国民经济的各行业,而其连接的技术、质量和性能成为该结构应用的问题之一。传统的铝/铜异种金属连接方法主要有熔化焊、压力焊、钎焊、机械连接等,但都存在不可避免的缺点,导致接头成形质量差。因此寻求更好的铝/铜异种材料连接技术是焊接领域研究的热点之一。本文采用搅拌摩擦焊技术,对3mm厚的1060工业纯铝与T2紫铜进行连接,以此来解决传统焊接方法中存在的焊接性问题。首先,对铝/铜异种金属搅拌摩擦焊焊接工艺参数进行优化,在此基础上对接头宏观及微观组织、相组成、界面及力学性能进行了试验研究,并从界面腐蚀角度分析了界面结构与力学性能之间的关系。同时,对铝/铜异种接头内部塑性金属的流动行为及缺陷的产生做了较深入研究。研究结果表明,搅拌头轴肩凹槽及搅拌针表面的螺纹容易产生搅拌针粘针问题。轴肩设计成内凹型且搅拌针表面不带螺纹的搅拌头是进行铝/铜异种金属搅拌摩擦焊的最佳选择。搅拌针的偏移和母材的相对放置位置对接头成形及性能的影响较为明显,在合适的焊接工艺参数下,当T2紫铜位于前进侧,同时搅拌针向铝侧偏移0.8-1mm,得到的铝/铜异种焊接接头表面成型良好、内部无缺陷。焊核区的铝、铜晶粒在动态再结晶的作用下明显细化,其晶粒平均尺寸分别约为9.6um和7.8umm。铜/焊核区界面过渡区域形成的交替式片层结构促进了两种材料间的冶金结合,并且界面处形成薄的、均一、连续的金属间化合物层,进一步提高了接头的综合性能。然而,界面腐蚀实验揭示了接头内部的弱连接本质,这也是导致拉伸实验时,铝/铜异种接头裂纹容易在此区域萌生和扩展的主要原因。铝/铜接头的力学性一般较低,不超过纯铜母材的强度,断裂方式主要为脆性和韧-脆混合型断裂两种。铝/铜异种材料搅拌摩擦焊过程中强烈塑性变形引起的晶粒细化和产生的大量位错使焊核区的平均硬度要高于母材,硬度最大值高达487HV,且焊核区靠近轴肩的上部区域的硬度大于中部和底部的硬度,而A14Cu9和Al2Cu金属间化合物的形成会导致焊核区硬度的波动。搅拌摩擦焊过程中,软化金属在水平和沿材料厚度方向同时发生塑性流动,焊核区与铜侧形成了明显的分界。当接头形成铜、铝混合层状组织时,铝、铜两种元素含量比值接近1：1,达到了良好的混合状态。焊接热输入因子低于20,或搅拌头旋速高于1250rpm,焊速大于60mm/min时,均不利于接头成形及力学性能。此外,当T2紫铜位于后退侧时,接头底部容易出现隧道孔缺陷,连接方式为机械弱连接；当搅拌针不偏置或是向铜侧偏置时,接头内部易出现孔洞、裂纹及融合不良现象。