Nanoteknologi gør det muligt for ingeniører at svejse tidligere usvejsbare aluminiumslegeringer

En aluminiumslegering udviklet i 1940'erne har længe holdt et løfte til brug i bilfremstilling, undtagen en vigtig hindring. Selvom det er næsten lige så stærkt som stål og kun en tredjedel vægt, det er næsten umuligt at svejse sammen ved hjælp af den teknik, der almindeligvis bruges til at samle karrosseripaneler eller motordele.

Det er fordi, når legeringen opvarmes under svejsning, dens molekylære struktur skaber en ujævn strømning af dets bestanddele - aluminium, zink, magnesium og kobber - hvilket resulterer i revner langs svejsningen.

Nu, ingeniører ved UCLA Samueli School of Engineering har udviklet en måde at svejse legeringen på, kendt som AA 7075. Løsningen:infusion af titaniumcarbid nanopartikler - partikler så små, at de måles i enheder svarende til en milliardtedel af en meter - i AA 7075 svejsetråde, som bruges som fyldmateriale mellem de stykker, der samles. Et papir, der beskriver fremrykningen, blev offentliggjort i Naturkommunikation .

Ved at bruge den nye tilgang, forskerne producerede svejsede samlinger med en trækstyrke på op til 392 megapascal. (Til sammenligning, en aluminiumslegering kendt som AA 6061, der er meget udbredt i fly- og bildele, har en trækstyrke på 186 megapascal i svejsede samlinger.) Og ifølge undersøgelsen, varmebehandlinger efter svejsning, kunne yderligere øge styrken af ​​AA 7075 led, op til 551 megapascal, som kan sammenlignes med stål.

Fordi det er stærkt, men let, AA 7075 kan hjælpe med at øge et køretøjs brændstof- og batterieffektivitet, så det er allerede ofte brugt til at danne flykroppe og vinger, hvor materialet generelt er forbundet med bolte eller nitter i stedet for svejset. Legeringen er også blevet brugt til produkter, der ikke kræver sammenføjning, såsom smartphone-rammer og klatre-karabinhager.

Men legeringens modstand mod svejsning, specifikt, til den type svejsning, der anvendes i bilfremstilling, har forhindret det i at blive bredt vedtaget.

"Den nye teknik er bare et simpelt twist, men det kunne tillade udbredt brug af denne højstyrke aluminiumslegering i masseproducerede produkter som biler eller cykler, hvor dele ofte er samlet, " sagde Xiaochun Li, UCLAs Raytheon-professor i fremstilling og undersøgelsens hovedforsker. "Virksomheder kunne bruge de samme processer og udstyr, som de allerede har, til at inkorporere denne superstærke aluminiumslegering i deres fremstillingsprocesser, og deres produkter kunne være lettere og mere energieffektive, mens de stadig bevarer deres styrke."

Forskerne arbejder allerede med en cykelproducent på prototyper af cykelrammer, der ville bruge legeringen; og den nye undersøgelse tyder på, at nanopartikel-infunderede fyldtråde også kunne gøre det lettere at forbinde andre svære at svejse metaller og metallegeringer.