近年来,聚合物与轻质金属在工业结构轻量化设计中的应用越来越广泛,这使得聚合物与金属的连接成为关键的技术问题之一。激光直接连接技术是解决这一问题的有效手段,已成为聚合物与金属连接的研究热点。本文针对铝合金的高反光、高导热率特性,通过对铝合金的光照上表面进行涂黑处理来提高其对激光能量的吸收率,并对下表面进行激光氧化处理和激光织构处理来提高激光直接连接铝合金与PBT的连接强度,探究了其连接机理并进行了工艺参数优化,主要研究内容与成果如下:首先,对铝合金的光照上表面进行涂黑处理,实验发现涂黑处理后的铝合金与PBT在低功率条件下采用激光直接连接具有可行性,虽然其连接强度并不高,但为后续提高激光直接连接强度的工艺研究解决了铝合金光照表面对激光能量吸收率低的问题。基于激光表面氧化处理的铝合金与PBT的直接连接工艺及机理研究:对铝合金下表面进行了表面氧化处理,并对氧化处理铝合金与PBT的连接进行了单因素实验。实验研究表明:对于焊接功率和速度两个因素,连接强度随其增大呈现先增大后减小的趋势;当氧化扫描间距减小,氧化功率增大时,连接强度随之变大;观察接头的横截面形貌发现,当功率过大时PBT材料分解产生的大气泡会降低接头强度。连接机理研究表明:氧化处理后的铝合金表面形成了微纳结构,表面粗糙度明显增大,这些变化有助于增强锚固效应;表面接触角实验发现,氧化处理有效的改善了铝合金表面的润湿性能,有利于熔化的PBT材料在铝合金表面润湿和铺展,促进铝合金与PBT之间的锚固连接;XPS分析发现,铝合金表面氧含量比重增加是因为表面形成了新的Al2O3层,Al2O3促进了铝合金与PBT之间形成Al-O-C和Al-C化学键,化学连接能够有效提高连接强度。基于激光表面织构处理的铝合金与PBT的激光直接连接工艺及机理研究:在横线、竖线和网格三种织构特征中,网格织构处理的铝合金与PBT的连接强度最高;通过单因素实验研究了焊接功率、焊接速度、织构扫描次数和织构密度对连接强度的影响,结果显示,随着这四个因素增大,连接强度先增大后减小;对焊缝的横截面形貌进行观察发现,功率过高导致PBT分解产生的大气泡会降低连接强度;随着扫描次数持续增加,重凝物会堆积在沟槽内壁,阻碍熔化PBT的流入,不利于锚固效应的形成;XPS分析显示,在连接的界面也存在化学键:Al-O-C和Al-C,但其化学连接强度较弱,主要还是通过锚固效应提高了铝合金与PBT的直接连接的强度。工艺参数优化研究:对比分析发现,复合处理的铝合金与PBT的接头强度相较于织构处理的提升并不明显,但均比激光表面氧化处理方案获得的接头强度高,且织构处理所需的时间是氧化预处理时间的1/3,所以选择对效果较好的织构处理铝合金与PBT的连接工艺参数进行优化。通过响应面法建立了工艺参数与连接强度及预处理时间的数学模型,检验发现模型预测值与实验值比较吻合,所建模型可靠性高;分析了各工艺参数组合对连接强度的交互式影响,发现焊接功率-织构密度、焊接功率-焊接速度对连接强度的交互式影响较大;使用了两种准则进行多目标优化,分别得到了对应的最优工艺参数结果。本文为激光直接连接铝合金与PBT的实际工业应用奠定了理论基础,并提供了技术支持,同时也为其他金属与热塑性聚合物的激光直接连接强度的改善和提高提供了新思路、新方法。