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傳統(tǒng)焊接的取代者：無(wú)焊連接

2018-04-27 10:25:41 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：材料科技在線分享至：

基爾大學(xué)課題組及其合作伙伴（基爾Phi-Stone創(chuàng)業(yè)股份有限公司），將在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上展示他們的可移動(dòng)型樣機(jī)“Metalangelo”。圖片來(lái)源：Siekmann，CAU

一直以來(lái)，焊接都是連接金屬的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。但是，這種在高溫下進(jìn)行的復(fù)雜工藝并不適用于所有的材料。日前，基爾大學(xué)的“納米功能材料”課題組與Phi-Stone股份有限公司聯(lián)合開發(fā)了一種替代傳統(tǒng)焊接和粘合的新技術(shù)。該技術(shù)依據(jù)特殊的蝕刻工藝，可以使鋁和鋁合金、聚合物之間相互連接并形成堅(jiān)固耐用的接頭。他們將在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)（4月23日至27日）上展示可移動(dòng)連接裝置的樣機(jī)，并將在得到客戶的反饋意見后開始大批量生產(chǎn)。

焊接是一種通過熔化局部工件來(lái)連接其他零部件的制造工藝。然而，熔化時(shí)的高溫環(huán)境勢(shì)必會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生不可預(yù)估的影響，導(dǎo)致其組織結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能發(fā)生變化。同時(shí)，焊接還需要特殊的安全措施和技藝嫻熟的技工。相比之下，基爾大學(xué)課題組（Rainer Adelung教授）研發(fā)的新工藝不僅可以節(jié)省焊接材料，而且即使是在焊接死角處，亦或者是倒掛在天花板上施工時(shí)，操作起來(lái)也非常便捷。在短短的幾分鐘內(nèi)，金屬與金屬、金屬與聚合物之間就可以永久連接。

該團(tuán)隊(duì)正考慮將該工藝應(yīng)用于船舶、飛機(jī)或汽車等生產(chǎn)領(lǐng)域。Adelung表示，該工藝特別適用于在成品中附加零部件，例如在船舶或汽車中附加內(nèi)部構(gòu)件。Adelung說：“焊接時(shí)金屬局部的高溫環(huán)境會(huì)破壞已經(jīng)處理或噴涂過的工件表面，而我們的工藝卻是在室溫下進(jìn)行的，不需要對(duì)工件施加特殊的保護(hù)措施。”

蝕刻原件安裝在具有真空保持器的鋁件表面上，然后用特定的工藝以電化學(xué)的方式將其結(jié)構(gòu)化。圖片來(lái)源：Siekmann，CAU

為了能夠?qū)⒔饘倬o密的連接在一起，基爾大學(xué)課題組利用“納米雕刻”技術(shù)，將已經(jīng)電化學(xué)微刻蝕的工件表面變得更加粗糙，以便于在微米級(jí)上加工出直角鉤的結(jié)構(gòu)。處理后的兩個(gè)表面通過粘合劑相互粘合，便會(huì)產(chǎn)生一種很難斷裂的強(qiáng)力接頭。

Phi-Stone股份有限公司的董事Ingo Paulowicz說：“就算是發(fā)生斷裂，那么可能也只是粘合劑或材料本身出了問題，而非連接點(diǎn)。”“納米雕刻工藝為連接技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供了一個(gè)全新的機(jī)遇。未來(lái)，該技術(shù)也可能有助于醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展。”Adelung補(bǔ)充道。

在電子顯微鏡下，可以看到金屬粗糙表面的細(xì)鉤結(jié)構(gòu)。這使得許多材料能夠“互鎖”并永久連接。圖片來(lái)源：Mark-Daniel Gerngroß

為了將這種連接工藝應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，日前，基爾大學(xué)課題組和Phi-Stone股份有限公司研制了一種名為“Metalangelo”的可移動(dòng)型樣機(jī)。通過3D打印定制生產(chǎn)的蝕刻元件，可以在室溫中精確地處理金屬表面。他們希望與首批客戶一道，結(jié)合客戶需求將樣機(jī)開發(fā)到市場(chǎng)準(zhǔn)備階段。他們?cè)谶@方面已經(jīng)注冊(cè)了兩項(xiàng)專利。樣機(jī)引用了文藝復(fù)興時(shí)期的雕塑家米開朗基羅的名稱，以此凸顯新工藝的基本原理：定向表面處理。然而，基爾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)要進(jìn)行處理的是金屬而非大理石。