PNNL 与 TARDEC 研发摩擦搅拌鸠尾榫接工艺 完成钢铝薄板接合操作

来源:东方网
2018-06-27 07:36:26
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PNNL 与 TARDEC 研发摩擦搅拌鸠尾榫接工艺 完成钢铝薄板接合操作

盖世汽车讯 据外媒报道,西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)的研究人员研发及测试了一款名为摩擦搅拌鸠尾榫接(Friction Stir Dovetailing,FSD)的全新工艺,完成厚铝板与厚钢板的接合操作。该工艺将被用于生产轻量化车辆,可提升车辆的灵活性及燃油经济性。

美国军方的坦克车研究开发与工程中心(Tank Automotive Research Development and Engineering Center,TARDEC)也加盟了 PNNL,共同研发摩擦搅拌鸠尾榫工艺,其中包括:搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding)及搅拌摩擦刻划(Friction Stir Scribe)技术,前者可将不同厚度的相似金属板接合在一处,后者则能将铝材及钢材等材质差异较大的金属薄板接合在一处。

PNNL 与 TARDEC 研发摩擦搅拌鸠尾榫接工艺 完成钢铝薄板接合操作

尽管搅拌摩擦刻划解决了钢铝薄板接合方面的难题,但尚未将其拓展至厚板的接合(按英寸计)。然而,若采用专用工具,铝材变形后将融入钢质鸠尾榫槽并形成机械式联锁(mechanical interlock)。同时,该工具将沿着鸠尾榫凹槽底部移动,形成薄薄的冶金接合(metallurgical bond),形成一种 " 金属间化合物(intermetallic compound)",可将鸠尾榫槽内的金属 " 粘合(glues)"。

该研究团队发现,采用复杂的机器控制可精准调节钢铝结合处的温度及压力,抑制金属间化合物的形成。在采用其它摩擦搅拌技术时,上述复合物会逐步增厚,且呈现不均匀分布,这将导致接缝脆断或脱缝(joint brittleness and failure)。

PNNL 与 TARDEC 研发摩擦搅拌鸠尾榫接工艺 完成钢铝薄板接合操作

在进行摩擦搅拌鸠尾榫接期间,增生的金属间化合物为铁三铝(iron aluminide,Fe3Al),该物质对接缝有利,因为该类物质很薄,其厚度只有人类头发丝的千分之一,作为钢铝接缝处的 " 粘合剂 ",且不会脆化(embrittlement)。

搅拌摩擦榫接接缝的实验室测试表明,当采用摩擦搅拌鸠尾榫接进行金属间搅拌摩擦接合时,接缝不仅强度高,相较于比其他搅拌摩擦连接方式,其接缝的延展性提升了 5 倍。

PNNL 与 TARDEC 研发摩擦搅拌鸠尾榫接工艺 完成钢铝薄板接合操作

研究团队计划改进该技术,并将其用于其它结合工艺中。除钢铝外,还能利用摩擦搅拌鸠尾榫接工艺来完成铜铝、铝镁、镁钢板材等材料的接合。(本文图片选自 pnnl.gov)

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