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新的焊接工艺使轻质铝合金可被焊接,纳米技术

2019-11-22 作者:注册app送体验金网址   |   浏览(175)

据悉,美国科学家借助纳米粒子让难被焊接的AA7075铝合金变得易于焊接,得到的产品有望应用于汽车制造等领域,使其生产的零部件更轻便、更节能,同时保持高强度。 20世纪40年代,科学家便开发出了AA7075铝合金,其强度几乎与钢一样坚固,但重量仅为钢的三分之一,因此有助于提高交通工具的燃油和电池效率,目前已被用于飞机机身、机翼,智能手机外壳和攀岩登山扣等领域上。 但AA7075铝合金有一个缺点则是很难被焊接,特别是无法在用于汽车制造中使用的焊接方法进行焊接,主要因为AA7075铝合金在焊接过程中会被加热,其分子结构会使其构成元素铝、锌、镁、铜流动不均匀,导致焊接出来的产品存在裂缝,使其无法被广泛采用。 当下,加州大学洛杉矶分校的工程师开发出了一种焊接AA7075的新方法——将碳化钛纳米颗粒(大小仅为十亿分之一米)注入AA7075的焊丝内,让这些纳米颗粒充当连接件之间的填充材料。使用这种新方法,生产出的焊接接头的抗拉强度高达392兆帕。相比之下,当下用于飞机和汽车零部件的AA6061铝合金焊接接头的抗拉强度仅为186兆帕。根据该研究,将焊后的AA7075进行热处理,可将合金接头的抗拉强度提高到551兆帕,可与钢材相媲美。新研究还显示,注入了纳米粒子的填充焊丝也可以连接其他难以焊接的金属和合金。 该研究主要负责人李晓春说:“新技术有望使这种高强度的铝合金广泛应用于那些能大规模制造的产业上,比如汽车或自行车。该技术可以使用他们已经拥有的相同工艺和设备,并将这种超强铝合金纳入其制造工艺中,使其产品更轻便、更节能,同时仍能保持其强度。” 据了解,目前该项目研究人员已经与一家自行车制造商合作,使用该合金制造自行车车身。

AA7075开发于20世纪40年代,是一种几乎与钢一样坚固的铝合金,但它的重量只有钢的三分之一。不幸的是,它的使用受到限制,因为它的部件不能牢固地焊接在一起。然而,由于使用了碳化钛纳米颗粒,这一情况将发生变化。

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焊接7075的问题在于,当金属被加热至熔化状态时,组成这种铝合金的铝、锌、镁和铜流动不均匀。该现象被称为相分离,并且由此,沿着焊缝的长度形成裂缝。

在李晓春教授的带领下,加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院的一个团队着手解决这个问题。在这样做的过程中,他们制造了由7075制成的细棒,其中注入了微小的碳化钛颗粒。然后将这些细棒置于较大的铝合金片之间,这些铝合金片即将连接,起到填料的作用。当细棒和相邻材料随后在电弧焊接过程中熔化时,纳米颗粒消除了不均匀的流动问题。

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“纳米粒子使液态金属中的元素更均匀地固化在一起,从而防止相分离,”李晓春教授表示。“相分离通常会在冷却过程中阻止液态金属流动,从而在没有液体填充的情况下引起收缩和裂缝。由于金属在加入纳米颗粒后凝固更均匀,因此液态金属在凝固过程中流动性更好,因此不会因偏析而开裂。”

生产出的焊接接头的抗拉强度高达392兆帕斯卡 - 相比之下,常用的6061铝合金焊接接头的抗拉强度仅为186兆帕斯卡。

“新技术只是一个简单的转折,但它可以允许这种高强度铝合金广泛用于大规模生产的产品,如汽车或自行车,其中零件经常组装在一起,”李晓春说。“公司可以使用他们已经拥有的相同工艺和设备将这种超强铝合金纳入其制造工艺中,他们的产品可以更轻、更节能,同时仍能保持其强度。”

事实上,李晓春和他的团队已经与一家自行车制造商合作,该制造商有兴趣利用这项技术制造7075自行车车身。

研究人员最近在《自然-通讯》杂志上发表了一篇关于这项研究的论文。

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