铝合金/不锈钢(简称“铝/钢”)复合结构以充分利用材料性能优势、节材减重、设计灵活等优势,在航空航天、汽车、冶金等工业领域中具有突出的应用价值和广泛的应用前景。大推力航天发动机推进剂输送管路为铝/钢异种金属管路,因常规的钎焊、熔-钎焊接头不满足耐腐蚀性要求,而提出了铝/钢异种金属管路的摩擦焊接。惯性摩擦焊接技术作为一种固相焊接工艺,具有能量输入低且准确可控的优势,尤其适用于铝/钢等热物理、力学性能差异大的异种金属连接。本文以小尺寸试棒2Al4铝合金/0Cr18Ni9Ti不锈钢异种金属惯性摩擦焊为研究对象,分析了铝/钢异种金属惯性摩擦焊接头组织及性能。通过不同工艺参数匹配组合,系统研究了初始转速(n)、轴向摩擦压力(P)、飞轮转动惯量(I)等工艺参数以及焊前摩擦界面粗糙度对铝/钢异种金属惯性摩擦焊界面组织以及接头性能的影响,研究结果将为航天发动机铝/钢复合输送管路的惯性摩擦焊接提供基础理论指导和数据支撑。直径为妒15的小尺寸试棒铝/钢惯性摩擦焊接工艺试验结果表明,焊接工艺参数n=1100 rpm、P=180 MPa、I=0.16kg·m2 时,接头最大拉伸强度达 321.5 MPa,约为铝合金母材强度的75%,且接头拉伸断裂形式为典型的脆性断裂,断口存在Fe2Al5和FeAl3金属间化合物,表明接头界面上形成了冶金结合。在固定转动惯量条件下,低转速匹配高压力,或者高转速匹配低压力时,接头强度易达到强度极值。铝/钢惯性摩擦焊接过程中摩擦界面上特征点温度变化表明,摩擦界面2/3半径区域界面温度最高,峰值温度达412.9℃;其次是1/3半径区域,而边界和中心区域温度最低。随着摩擦压力的不断增加,摩擦界面峰值温度变化不明显;随着初始转速的增加,摩擦界面峰值温度呈上升趋势,且达到峰值温度所需时间逐渐延长。摩擦界面不同区域产生了不同剧烈程度Fe、Al元素扩散行为,其中在2/3半径处扩散行为最剧烈。随着焊接能量输入的增加,接头界面元素扩散程度加剧,元素扩散层厚度增加,直至出现明显的金属间化合物层。焊前界面粗糙度同样影响摩擦界面产热功率,在焊接工艺参数保持不变的条件下,当焊前钢侧摩擦表面的粗糙度较高时,焊后摩擦界面沿半径方向呈锯齿状,且在钢侧凹槽内部有金属间化合物生成,造成了厚度不均匀的界面扩散层;当焊前选用粗糙度较低的摩擦表面,焊后摩擦界面上扩散层较为均匀。为保证航天铝/钢复合输送管路在液态介质工作环境下的安全应用,通过稳态极化测试及EXCO全浸试验对铝/钢惯性摩擦焊接头的耐蚀性能进行了测试。结果发现,随着能量输入功率的增加,接头耐蚀性能相对提高,腐蚀形貌呈现的是铝侧基体氧化膜的破裂、剥落,以及近界面处产生处于稳定扩展阶段的点蚀坑。