Nhựa thành kim loại, thép thành nhôm: Tương lai của phương tiện hàn và trọng lượng nhẹ

Nhựa thành kim loại, thép thành nhôm: Tương lai của phương tiện hàn và trọng lượng nhẹ

    Nhựa thành kim loại, thép thành nhôm: Tương lai của phương tiện hàn và trọng lượng nhẹ

    welding

    Ảnh: CC0
    Việc tạo ra các cấu trúc phương tiện từ sự kết hợp giữa kim loại và nhựa có thể làm cho chúng nhẹ hơn, mạnh hơn, an toàn hơn và thân thiện với môi trường hơn so với các phương pháp hoàn toàn bằng thép hoặc hoàn toàn bằng nhôm đang thống trị hiện nay.

    Nhưng làm thế nào để kết hợp tất cả các vật liệu đó lại với nhau một cách nhanh chóng và rẻ tiền là một vấn đề nan giải. Một phòng thí nghiệm của Đại học Michigan đang phát triển các giải pháp.

    Phương pháp khả thi đầu tiên để hàn nhựa và kim loại trực tiếp với nhau gần đây đã được phát triển dưới sự lãnh đạo của Pingsha Dong, Giáo sư Kỹ thuật của Đại học Robert F. Beck và hiện đã được báo cáo trong Tạp chí Quy trình Sản xuất.

    Dong kể chi tiết cách nhóm của anh ấy đạt được kỳ tích mà trong nhiều thập kỷ được cho là không thể. Ông cũng thảo luận về quy trình nhôm-thép có thể cho phép in 3D nhôm lên thép.

    Làm thế nào khả năng hàn các vật liệu rất khác nhau lại với nhau để cải thiện ô tô?

    "Các mô hình máy tính cho chúng tôi thấy rằng chúng tôi có thể làm cho cấu trúc của ô tô và xe tải nhẹ nhẹ hơn tới 40% bằng cách chế tạo chúng bằng sự kết hợp giữa kim loại và nhựa. Trọng lượng nhẹ hơn mang lại nhiều lợi thế, chủ yếu là hiệu quả tốt hơn. Các phương tiện chạy bằng khí đốt có thể nhìn thấy tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn, trong khi xe điện có thể đi xa hơn. Xe có cấu trúc đa vật liệu cũng có thể xử lý tốt hơn và mang lại sự an toàn được cải thiện."

    "Vấn đề là theo truyền thống, cách duy nhất để kết hợp kim loại và nhựa là sử dụng chất kết dính hoặc ốc vít cơ khí, quá chậm và tốn kém đối với bất kỳ thứ gì ngoại trừ phương tiện chuyên dụng khối lượng thấp. Các quy trình chúng tôi đang phát triển có thể thay đổi điều đó và mang đến phương tiện đa vật liệu cấu trúc và thành phần từ lĩnh vực kỳ lạ vào dòng chính."

    "Các kỹ thuật hàn mới của chúng tôi cũng có thể cải thiện vỏ bọc và bộ pin EV. Ngày nay, chúng là những cấu trúc nhiều lớp thường được giữ với nhau bằng chất kết dính và ốc vít cơ học. Chúng rất khó tháo rời để sửa chữa hoặc tái chế. Các bộ pin hàn có thể tháo rời và lắp ráp lại dễ dàng hơn nhiều, đồng thời chúng cũng có thể nhẹ hơn, sản xuất rẻ hơn và dễ giữ mát hơn."

    Hãy nói về kim loại và nhựa. Tại sao rất khó để hàn chúng lại với nhau? Quy trình của bạn hoạt động như thế nào?

    "Hàn là tạo ra liên kết giữa hai vật liệu ở cấp độ phân tử. Trí tuệ thông thường trong nhiều thập kỷ là nhựa và kim loại về cơ bản là không tương thích và không có lý do gì để thử hàn chúng lại với nhau. Tuy nhiên, chúng tôi phát hiện ra rằng sự kết hợp đúng đắn giữa nhiệt và áp suất ở đúng khu vực có thể khiến carbon và oxy trong nhựa liên kết với kim loại."

    "Chúng tôi đã sử dụng một chiếc máy có sẵn trông giống như một chiếc máy khoan có đầu quay hình trụ. Kim loại được đặt trên nhựa và đầu quay được hạ xuống trên hai vật liệu. Điều này tạo ra nhiệt và áp suất, liên kết các hai vật liệu với nhau trong mối hàn điểm hoặc mối hàn tuyến tính."

    Những vật liệu nào có thể được liên kết với quá trình này? Và khi nào các nhà sản xuất có thể sử dụng nó?

    "Bất kỳ kim loại nào cũng có thể được liên kết trực tiếp với bất kỳ loại nhựa nào có chứa một lượng hợp chất oxy-cacbon thích hợp. Điều quan trọng là tính toán 'điểm ngọt' của nhiệt và áp suất sẽ hàn một tổ hợp vật liệu nhất định và chúng tôi có thể làm việc với các nhà sản xuất để xác định điều đó. Đối với nhựa không có đủ hợp chất oxy-cacbon, chẳng hạn như polypropylene, chúng ta có thể đặt một màng nhựa rẻ tiền giữa hai vật liệu để 'gieo' liên kết giữa oxy và cacbon."

    "Chúng tôi đã được cấp bằng sáng chế cho quy trình này và chúng tôi đã làm việc với các nhà sản xuất thiết bị để phát triển thiết bị thương mại có thể được cấp phép cho các nhà sản xuất ô tô và các nhà sản xuất khác. Tôi muốn nói rằng chúng ta sẽ thấy công nghệ này trong ngành công nghiệp trong vòng hai năm tới."

    Còn nghiên cứu của bạn về thép và nhôm thì sao?

    "Khả năng kết hợp thép và nhôm không chỉ cho phép hàn mà còn cho phép tạo ra những phương pháp mới rẻ tiền để in 3D hợp kim nhôm lên thép. Những nỗ lực trước đây đã dẫn đến sự hình thành các hợp chất giòn tại giao diện giữa hai kim loại, làm giảm độ bền của hợp kim."

    "Quy trình của chúng tôi sử dụng sự kết hợp chính xác giữa nhiệt và áp suất để ngăn các hợp chất đó hình thành và nó có thể đưa ra những cách mới để kết hợp trọng lượng nhẹ của nhôm với độ bền cao của thép."

    Zalo
    Hotline