外媒報道,西北太平洋國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)的研究人員研發及測試了一款名為摩擦攪拌鳩尾榫接(Friction Stir Dovetailing,FSD)的全新工藝,完成厚鋁板與厚鋼板的接合操作。該工藝將被用于生產輕量化車輛,可提升車輛的靈活性及燃油經濟性。
美國軍方的坦克車研究開發與工程中心(Tank Automotive Research Development and Engineering Center,TARDEC)也加盟了PNNL,共同研發摩擦攪拌鳩尾榫工藝,其中包括:攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding)及攪拌摩擦刻劃(Friction Stir Scribe)技術,前者可將不同厚度的相似金屬板接合在一處,后者則能將鋁材及鋼材等材質差異較大的金屬薄板接合在一處。
盡管攪拌摩擦刻劃解決了鋼鋁薄板接合方面的難題,但尚未將其拓展至厚板的接合(按英寸計)。然而,若采用專用工具,鋁材變形后將融入鋼質鳩尾榫槽并形成機械式聯鎖(mechanical interlock)。同時,該工具將沿著鳩尾榫凹槽底部移動,形成薄薄的冶金接合(metallurgical bond),形成一種“金屬間化合物(intermetallic compound)”,可將鳩尾榫槽內的金屬“粘合(glues)”。
該研究團隊發現,采用復雜的機器控制可精準調節鋼鋁結合處的溫度及壓力,抑制金屬間化合物的形成。在采用其它摩擦攪拌技術時,上述復合物會逐步增厚,且呈現不均勻分布,這將導致接縫脆斷或脫縫(joint brittleness and failure)。
在進行摩擦攪拌鳩尾榫接期間,增生的金屬間化合物為鐵三鋁(iron aluminide,Fe3Al),該物質對接縫有利,因為該類物質很薄,其厚度只有人類頭發絲的千分之一,作為鋼鋁接縫處的“粘合劑”,且不會脆化(embrittlement)。攪拌摩擦榫接接縫的實驗室測試表明,當采用摩擦攪拌鳩尾榫接進行金屬間攪拌摩擦接合時,接縫不僅強度高,相較于比其他攪拌摩擦連接方式,其接縫的延展性提升了5倍。
研究團隊計劃改進該技術,并將其用于其它結合工藝中。除鋼鋁外,還能利用摩擦攪拌鳩尾榫接工藝來完成銅鋁、鋁鎂、鎂鋼板材等材料的接合。
來源:蓋世汽車資訊