加州大學(xué)洛杉磯分校薩穆埃爾（Samueli）工程學(xué)院的工程師開發(fā)了一種焊接AA7075合金的方法。這種合金是在20世紀(jì)40年代為汽車工業(yè)開發(fā)的，強(qiáng)度幾乎與之相當(dāng)，重量為其三分之一，但傳統(tǒng)上幾乎不可能使用汽車制造商常用的技術(shù)來組裝車身板或發(fā)動(dòng)機(jī)部件。這是因?yàn)楫?dāng)合金在焊接過程中被加熱時(shí)，其分子結(jié)構(gòu)會(huì)造成其組成元素——鋁、鋅、鎂和銅——的不均勻流動(dòng)，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋。

由于AA 7075強(qiáng)度高且重量輕，可以幫助提高車輛的燃料和電池效率，因此它已經(jīng)經(jīng)常被用于制造飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼，這種材料通常由螺栓或鉚釘連接，而不是焊接。該合金還被用于不需要連接的產(chǎn)品，如智能手機(jī)框架和攀巖登山扣。但是合金的耐焊性，特別是汽車制造中使用的焊接類型，使其無法被廣泛采用。

加州大學(xué)洛杉磯分校的工程師們開發(fā)的解決方案是，將碳化鈦納米顆粒（titanium carbide nanoPArticles 這種顆粒非常小，計(jì)量單位為十億分之一米)注入7075焊絲中，這些焊絲被用作連接件之間的填充材料。通過這種方法，研究人員可以焊接7075合金零件，產(chǎn)生抗拉強(qiáng)度為392 MPa的焊接接頭。他們還表明，經(jīng)過焊后熱處理，接頭可以達(dá)到551 MPa，與鋼相當(dāng)。(相比之下，6061鋁合金廣泛應(yīng)用于飛機(jī)和汽車零部件，焊接接頭抗拉強(qiáng)度僅為186 MPa。)

“這項(xiàng)新技術(shù)只是一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)折，但它可能使這種高強(qiáng)度鋁合金在汽車或自行車等大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，這些產(chǎn)品的零部件通常是組裝在一起的，”加州大學(xué)洛杉磯分校雷神公司制造業(yè)教授、該研究的首席研究員李曉春（Xiaochun Li, UCLA’s Raytheon professor of Manufacturing and the study’s principal investigator.）說?！捌髽I(yè)可以使用相同的工藝和設(shè)備，將這種超強(qiáng)鋁合金融入到生產(chǎn)過程中，他們的產(chǎn)品可以更輕、更節(jié)能，同時(shí)還能保持其強(qiáng)度?！?/span>

研究人員已經(jīng)在與一家自行車制造商合作，研究使用這種合金的自行車車架原型；新的研究表明，注入納米粒子的填充焊絲（nanoparticle-infused filler wires）也可以使其他難以焊接的金屬和金屬合金更容易連接。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上，加州大學(xué)洛杉磯分校的研究生馬克西米利安·索科魯克（Maximilian Sokoluk）是該研究的主要作者。其他作者是曹征正（Chezheng Cao），他于去年12月在加州大學(xué)洛杉磯分校獲得博士學(xué)位；潘帥杭，現(xiàn)任加州大學(xué)洛杉磯分校研究生；李曉春在機(jī)械和航空航天工程以及材料科學(xué)和工程領(lǐng)域擔(dān)任教職。