本论文以工业纯Al、纯Cu及AZ31镁合金为异质金属搅拌摩擦焊接的研究材料,以进一步提高焊后异质接头的力学性能和探索其界面行为目的,以搅拌摩擦焊、冷轧处理、退火处理为手段,优化接头的微观结构和力学性能,并重点探讨了异质接头的界面结构对其力学性能的影响关系。采用大轴肩搅拌头、搅拌针偏置、中等搅拌头旋转速度和低焊接速度的搅拌摩擦焊接工艺成功地焊接出了没有缺陷的Al-Cu和Al-Mg异质接头,为了进一步提高异质接头的力学性能,对Al-Cu异质搅拌摩擦焊接头进行了冷轧结合随后退火的综合处理;为了进一步探索异质界面金属间化合物对接头力学性能的影响关系,对Al-Mg异质搅拌摩擦焊接头进行了焊后退火处理。采用焊后冷轧结合随后退火的综合处理方法制备出了高强度及优异塑性的Al-Cu异质对接薄板。接头的抗拉强度由焊态的79 MPa提高到了焊后冷轧退火态的231 MPa,延伸率由1.0%提高到了17.5%,并且接头拉伸断裂发生在Al-Cu界面的现象经冷轧处理后得到了抑制,断裂模式由脆性断裂转变为韧性断裂。力学性能提高的主要机理是Al-Cu界面金属间化合物的分布发生向水平面方向倾转、焊缝组织的改善、性能梯度和焊缝内部拘束效应的降低。在冷轧后的退火过程中,随着退火温度或时间的增加,接头的强度下降,延伸率先上升后下降,断裂模式由脆性断裂转变为韧性断裂,然后又从韧性断裂转变为脆性断裂。Al-Cu界面金属间化合物在退火过程中有明显地长大,长大机制为体扩散机制。Al-Mg异质金属搅拌摩擦焊焊态接头的拉伸力学性能与母材纯Al相当,断裂位置发生在焊核Al侧,断裂模式为韧性断裂;焊态接头在随后的退火过程中随着退火时间的增加,接头的强度下降,延伸率也急剧下降,断裂位置转而发生在Al-Mg界面处,断裂模式为脆性断裂。在退火过程中Al-Mg界面IMC层有明显地长大,通过X射线衍射及DSC综合分析发现在焊态及退火焊缝中有Al12Mg17、Al3Mg2化合物。