هدف اصلی از پژوهش حاضر ارزیابیریزساختارها و خواص مکانیکی اتصالات حالت جامد مس- فولاد AISI4140ایجاد شده به روش جوشکاری پلاسمای جرقه­ای (SPW)   بدون قالب و با قالب، بدون لایه میانی و با لایهمیانی تحت متغیرهای مختلف دما، زمان و فشار   است. جهت بررسی تأثیر قالب در اتصالات ایجادشده، فرایند SPW در   دمای ^oC650 به­مدت min30 و فشار MPa20 بدون قالب وبا قالب انجام شد. به­منظور ارزیابی تأثیر متغیرهای دما، فشار و زمان، اجرای فرایندهادر دماهای 650، 700 و ^oC750، زمان­های5، 15، 30 و   min60 و فشارهای 20و MPa40 صورت گرفت. همچنین جهت بررسیلایه میانی، فرایند SPW در   دمای ^oC700 به­مدت min15 و فشار MPa20 همراه بالایه میانی نیکل انجام شد. بررسی­های ریزساختاری اتصالات ایجاد شده توسط میکروسکپ­هاینوری و الکترونی روبشی انجام شد. تهیه منحنی­های تغییرات غلظت توزیع عناصر، آنالیزنقطه­ای و نقشه­های عنصری با استفاده از طیف­سنجیپراکندگی انرژی (EDS) صورت گرفت. به­منظور ارزیابیخواص مکانیکی اتصالات از آزمون­های سختی­سنجی و کشش استفاده شد. شناسایی فازهایسطح شکست اتصالات بعد از آزمون کشش با استفاده از آزمون پراش­سنجی پرتوایکسگریزینگ (GIXRD) انجام شد. همچنین بررسی­های سطوحشکست اتصالات توسط میکروسکپ الکترونی روبشی گسیل میدانی صورت گرفت. نتایج نشانداد، در تمامی اتصالات مس-فولاد بدون لایه میانی،  انحلال اجباری مس در فولاد و آهن در مس رخ داده و هیچ گونه ترکیب بین فلزیدر فصل مشترک اتصال شناسایی نشده است. همچنین نفوذ اتم­های مس در فولاد در حینفرایند SPW به­صورت نفوذ تک بعدی و از طریقنواحی اتصال یافته صورت گرفته است. انجام فرایند SPW در دمای ^oC650 در قالبفلزی، در اثر عدم تشکیل لایه اکسیدی و ناحیه مرده در فصل مشترک اتصال در مقایسه بافرایند بدون قالب، باعث کاهش نواحی اتصال نیافته وتشکیل میکروحفره­ها در   فصل مشترک اتصال شده و درنتیجه استحکام اتصالاز 42 به MPa90 افزایش یافته است. افزایش فشاراعمالی از 20 به MPa40 در دمای ^oC650 تأثیرمحسوسی در افزایش استحکام اتصال نداشته است. با افزایش دمای فرایند از 650 به ^oC700   به­علت حذف نواحی اتصال نیافته و میکروحفره­هاو افزایش مسافت­های نفوذ مس و آهن در فصل مشترک اتصال، استحکام اتصال تا حد قابلتوجهی تا حدود MPa179 افزایش یافته و شکست اتصال ازترد-نرم به نرم تبدیل شده است. از طرف دیگر، افزایش دمای فرایند تا ^oC750 به­علتتغییر ساختار فولاد از فریت و سمنتیت به فریت وآستنیت و کاهش ضریب نفوذ مس در فازآستنیت فولاد، منجر به کاهش مسافت نفوذ مس در فولاد   در نواحی قابل­توجهی از اتصال شده و درنتیجهاستحکام اتصال تا حدود MPa157 کاهش یافته است. بررسی­ها نشانداده، در دمای ^oC700 با افزایش زمان فرایند از 5 تاmin60،، مسافت نفوذ مس و آهن در فصلمشترک اتصال و استحکام اتصال   از 46 تا MPa211 (نزدیک بهاستحکام نهایی مس خالص) افزایش یافته است. با بررسی­های سطح شکست اتصالات ایجادشده در زمان­های مختلف مشخص شده که در اتصال ایجاد شده به­مدت min5 شکست ترد درناحیه الاستیک رخ داده، با افزایش زمان فرایند تا 15 و min30، با وجودافزایش نفوذ اتم­های مس و آهن در فصل مشترک اتصال، به­علت وجود نواحی با پیوندمتالورژیکی ضعیف­تر، قبل از رسیدن به استحکام اتصال در این نواحی به­ترتیب جدایشترد و نرم از فصل مشترک اتصال اتفاق افتاده است. در اتصال ایجاد شده به­مدت min60،به­علت نفوذقابل­توجه مس در فولاد و ایجاد پیوند متالورژیکی قوی در تمامی فصل مشترک اتصال، قبلاز رسیدن به استحکام اتصال، جدایش در فصل مشترک اتفاق نیافته است و بعد از استحکاماتصال با ایجاد میکروگلویی­ها در نواحی متعددی از فصل مشترک اتصال، شکست نرم رخداده است. با انجام فرایند SPW با لایه میانی نیکل، نواحی نفوذیقابل­توجهی در هر دوطرف لایه میانی تشکیل شده و باعث افزایش استحکام اتصال از 130تا MPa166 شده است. استفاده از لایهمیانی نیکل در اتصال مس-فولاد باعث تشکیل ترکیب بین­فلزی ترد FeNi₃   در فصل مشترک لایه میانی-فولاد و منجر بهافزایش پراکندگی استحکام اتصالات و جدایش ترد در حین آزمون کشش شده است.