PNNL與TARDEC研發(fā)全新工藝，用于輕量化車輛厚鋁板與厚鋼板的接合操作

據(jù)外媒報(bào)道，西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室(Pacific Northwest National Laboratory，PNNL)的研究人員研發(fā)及測(cè)試了一款名為摩擦攪拌鳩尾榫接(Friction Stir Dovetailing，F(xiàn)SD)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(chǎn)輕量化車輛，可提升車輛的靈活性及燃油經(jīng)濟(jì)性。

美國軍方的坦克車研究開發(fā)與工程中心(Tank Automotive Research Development and Engineering Center，TARDEC)也加盟了PNNL，共同研發(fā)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(shù)，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(zhì)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(jì)）。然而，若采用專用工具，鋁材變形后將融入鋼質(zhì)鳩尾榫槽并形成機(jī)械式聯(lián)鎖（mechanical interlock）。同時(shí)，該工具將沿著鳩尾榫凹槽底部移動(dòng)，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(nèi)的金屬“粘合（glues）”。

該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，采用復(fù)雜的機(jī)器控制可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)鋼鋁結(jié)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(shù)時(shí)，上述復(fù)合物會(huì)逐步增厚，且呈現(xiàn)不均勻分布，這將導(dǎo)致接縫脆斷或脫縫（joint brittleness and failure）。

在進(jìn)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，F(xiàn)e3Al），該物質(zhì)對(duì)接縫有利，因?yàn)樵擃愇镔|(zhì)很薄，其厚度只有人類頭發(fā)絲的千分之一，作為鋼鋁接縫處的“粘合劑”，且不會(huì)脆化（embrittlement）。

攪拌摩擦榫接接縫的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，當(dāng)采用摩擦攪拌鳩尾榫接進(jìn)行金屬間攪拌摩擦接合時(shí)，接縫不僅強(qiáng)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(tuán)隊(duì)計(jì)劃改進(jìn)該技術(shù)，并將其用于其它結(jié)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。

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