2018年4月17日
一种将厚铝板焊接到钢上的创新工艺已经开发出来，并已成功地通过了美国加州理工学院的研究人员的测试太平洋西北国家实验室(用电)。这种新工艺被称为摩擦搅拌鸠尾，将用于制造更轻的、更快、更省油的战斗车辆。
摩擦搅拌鸠尾是一个连接厚铝板和钢的过程。新工艺将用于制造更轻巧、更省油的轻型军用车辆。(图片来源:太平洋西北国家实验室)
详细的过程以及使用新方法开发的关节的测试都在4月15日的期刊上进行了描述Scripta Materialia这是一份同行评议的期刊，涵盖了材料的性质和结构之间的联系的原始研究。亚博网站下载
闪电坦克
据美国政府问责局(U.S. Government Accountability Office)的数据，众所周知，军方每年在燃料消耗上花费数十亿美元。这一成本可以通过降低飞机、船舶、货物和地面车辆的重量来降低。因此，为了努力降低燃料成本，维护军事人员的安全，并提高作战效率，美国陆军坦克汽车研究开发和工程中心(TARDEC)在2014年早些时候推出了一项活动，以制造战斗系统，例如坦克、运兵车、战斗车辆-更轻。
研究人员正在研究的一种方法是用更厚、更轻的铝代替重型钢零件。然而，钢和铝不能连接在一起，因为它们的熔点非常不同。因此，该团队需要一种新的工艺来组合这些材料。亚博网站下载
TARDEC随后与PNNL合作，后者此前曾为汽车行业设计专门的材料连接方法，以开发新的摩擦搅拌榫尾技术。这些以前的方法包括摩擦搅拌焊接，焊接不同厚度的类似金属，和摩擦搅拌Scribe焊接相当不同的材料薄片，如钢和铝。亚博网站下载
虽然摩擦搅拌划痕技术能够解决用钢焊接薄铝板的挑战，但它不能达到坚固的军用车辆所需的厚铝板(通常以英寸衡量)。铝。
一种与铝和钢完美配合的技术
在木工工艺中，一块块木头用胶水和燕尾榫连接在一起。摩擦搅拌鸠尾是一种类似的金属技术。机械联锁是用特殊设计的工具将铝变形成钢燕尾槽而形成的。这种工具通过沿着燕尾的底部摩擦，同时形成一种薄的冶金键或金属间化合物。这种金属间化合物在燕尾内把金属“粘合”在一起。
机械联锁和冶金结合在一个单一的过程中形成的创新，产生了优越的强度和延展性的接头相比，由其他摩擦搅拌方法产生的接头。
斯科特•惠伦太平洋西北国家实验室的工程师
研究人员发现，当使用复杂的机器控制来精确调节铝-钢界面的压力和温度时，它们阻止了金属间化合物的生长。在其他摩擦搅拌技术中，这些化合物会变厚且不均匀，导致接头脆性并最终失效。然而，当金属间化合物——铁铝化物或fe3al在摩擦搅拌鸠尾法中生长时，它们证明对接头有利，因为它们非常薄，即比一根头发还要薄1000倍，作为“胶水”而不会造成脆化。
作为加热过程的一部分，在所有的摩擦搅拌技术中，铝和钢之间会形成金属间化合物。我们发现摩擦搅拌鸠尾法抑制金属间化合物过度生长，因为温度和压力比其他摩擦搅拌方法低得多．
斯科特•惠伦太平洋西北国家实验室的工程师
试验结果表明，采用搅拌摩擦燕尾技术形成的接头，在采用燕尾结构结合冶金结合后，不仅接头强度更高，而且材料在接头断裂前拉伸超过半厘米。比用其他摩擦搅拌方法焊接的钢和铝具有5倍的延展性。这使得关节能够在关节断裂之前“给予”或移动得更远——这是一个对军事战斗车辆很有吸引力的特征。
我们一直在寻找创新的多材料连接方法，以帮助我们选择正确的材料，在正确的位置，为正确的目的，摩擦搅拌燕尾为我们提供了这样一种最先进的方法。
Jason Middleton, TARDEC产品生命周期工程副总监
目前，研究人员打算改进该方法，并进一步扩展其他关节构型的程序。除了钢和铝，摩擦搅拌鸠尾技术也可以连接其他材料组合，例如，镁和钢，铝和镁，铝和铜。
摩擦搅拌吻合法不仅有助于解决TARDEC的燃料消耗挑战，还可以用于其他有前景的应用，以及通过PNNL商业化经理Sara Hunt的联合研究机会。