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传统焊接的取代者:无焊连接
2018-04-27 10:25:41 作者:本网整理 来源:材料科技在线

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基尔大学课题组及其合作伙伴(基尔Phi-Stone创业股份有限公司),将在汉诺威工业博览会上展示他们的可移动型样机“Metalangelo”。图片来源:Siekmann,CAU


    一直以来,焊接都是连接金属的标准技术。但是,这种在高温下进行的复杂工艺并不适用于所有的材料。日前,基尔大学的“纳米功能材料”课题组与Phi-Stone股份有限公司联合开发了一种替代传统焊接和粘合的新技术。该技术依据特殊的蚀刻工艺,可以使铝和铝合金、聚合物之间相互连接并形成坚固耐用的接头。他们将在汉诺威工业博览会(4月23日至27日)上展示可移动连接装置的样机,并将在得到客户的反馈意见后开始大批量生产。


    焊接是一种通过熔化局部工件来连接其他零部件的制造工艺。然而,熔化时的高温环境势必会对材料的性能产生不可预估的影响,导致其组织结构及光学性能发生变化。同时,焊接还需要特殊的安全措施和技艺娴熟的技工。相比之下,基尔大学课题组(Rainer Adelung教授)研发的新工艺不仅可以节省焊接材料,而且即使是在焊接死角处,亦或者是倒挂在天花板上施工时,操作起来也非常便捷。在短短的几分钟内,金属与金属、金属与聚合物之间就可以永久连接


    该团队正考虑将该工艺应用于船舶、飞机或汽车等生产领域。Adelung表示,该工艺特别适用于在成品中附加零部件,例如在船舶或汽车中附加内部构件。Adelung说:“焊接时金属局部的高温环境会破坏已经处理或喷涂过的工件表面,而我们的工艺却是在室温下进行的,不需要对工件施加特殊的保护措施。”


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蚀刻原件安装在具有真空保持器的铝件表面上,然后用特定的工艺以电化学的方式将其结构化。图片来源:Siekmann,CAU


    为了能够将金属紧密的连接在一起,基尔大学课题组利用“纳米雕刻”技术,将已经电化学微刻蚀的工件表面变得更加粗糙,以便于在微米级上加工出直角钩的结构。处理后的两个表面通过粘合剂相互粘合,便会产生一种很难断裂的强力接头。


    Phi-Stone股份有限公司的董事Ingo Paulowicz说:“就算是发生断裂,那么可能也只是粘合剂或材料本身出了问题,而非连接点。”“纳米雕刻工艺为连接技术领域的发展提供了一个全新的机遇。未来,该技术也可能有助于医疗技术的发展。”Adelung补充道。


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    在电子显微镜下,可以看到金属粗糙表面的细钩结构。这使得许多材料能够“互锁”并永久连接。图片来源:Mark-Daniel Gerngroß


    为了将这种连接工艺应用到工业生产中,日前,基尔大学课题组和Phi-Stone股份有限公司研制了一种名为“Metalangelo”的可移动型样机。通过3D打印定制生产的蚀刻元件,可以在室温中精确地处理金属表面。他们希望与首批客户一道,结合客户需求将样机开发到市场准备阶段。他们在这方面已经注册了两项专利。样机引用了文艺复兴时期的雕塑家米开朗基罗的名称,以此凸显新工艺的基本原理:定向表面处理。然而,基尔大学研究团队要进行处理的是金属而非大理石。


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铝制法兰件牢固地连接在铝壁上。图片来源:Siekmann,CAU


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如上图所示,该工艺在连接金属时不会产生传统的焊缝。图片来源:Siekmann,CAU

 

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