Усовершенствованные провода из наночастиц помогают сваривать ранее не свариваемый алюминиевый сплав

25 2019

Разработанный в 1940-х годах, алюминиевый сплав традиционно показал многообещающее применение в автомобильной промышленности, за исключением одного крупного барьера.

Два куска алюминиевого сплава 7075, сваренные вместе с использованием присадочной проволоки с улучшенными наночастицами. (Изображение предоставлено UCLA)

Несмотря на то, что алюминиевый сплав весит всего одну треть и почти так же прочен, как и сталь, практически невозможно соединиться вместе, используя общепринятый метод сборки деталей двигателя или панелей кузова. Это происходит потому, что нагрев сплава во время сварки приводит к тому, что его молекулярная структура создает неравномерный поток составляющих его элементов, таких как медь, алюминий, магний, цинк, что приводит к образованию трещин вдоль сварного шва.

В настоящее время в Школе инженерии Самуэли при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе инженеры разработали новую технику под названием AA 7075 для соединения сплава. Решением является введение наночастиц карбида титана в сварочную проволоку AA 7075. Эти наночастицы настолько крошечные, что их количественно определяют в единицах, равных одной миллиардной части метра. Сварочная проволока используется в качестве присадочного материала между свариваемыми деталями. Исследование, детализирующее это развитие, было сообщено в Nature Communications .

Исследователи использовали эту новейшую технику для изготовления сварных соединений с пределом прочности на разрыв около 392 мегапаскалей. В отличие от этого, алюминиевый сплав AA 6061, который широко используется в автомобильных и авиационных деталях, имеет прочность на разрыв в 186 мегапаскалей в сварных соединениях. Термическая обработка после сварки может дополнительно улучшить прочность соединений AA 7075, так как исследование показало 551 мегапаскаль, что аналогично стали.

Так как AA 7075 легок, но силен, он может помочь повысить эффективность использования батареи и топлива транспортного средства, и, следовательно, он часто используется для проектирования крыльев и фюзеляжей самолета, где материал обычно соединяется заклепками или болтами и не сварен. Алюминиевый сплав AA 7075 даже использовался для продуктов, которые не нуждаются в соединении, таких как карабины для скалолазания и каркасы смартфонов.

Однако сплав не используется широко из-за его устойчивости к сварке, особенно к типу сварки, применяемому в автомобильном производстве.

Новая методика представляет собой простой поворот, но она может позволить широкое использование этого высокопрочного алюминиевого сплава в массово выпускаемых изделиях, таких как автомобили или велосипеды, где детали часто собираются вместе. Компании могут использовать те же процессы и оборудование, которые у них уже есть, чтобы включить этот сверхпрочный алюминиевый сплав в свои производственные процессы, и их продукты могут быть более легкими и более энергоэффективными, сохраняя при этом свою прочность .

Сяочунь Ли, главный исследователь исследования и председатель Raytheon в производстве, UCLA.

Команда уже сотрудничала с производителем велосипедов в создании прототипов велосипедных рам, где будет применяться сплав, и последние исследования показывают, что присадочные проволоки, наполненные наночастицами, также могут упростить сплавление других металлов и металлических сплавов, которые являются сложными. сваривать.

Аспирант UCLA Максимилиан Соколук является ведущим автором исследования. Другими авторами являются Шуайхан Пан, нынешний аспирант UCLA, и Чеченг Цао, получивший докторскую степень в UCLA в декабре. Ли имеет должности преподавателей в области материаловедения и инженерии, а также в области машиностроения и аэрокосмической техники.

Source link