Алюминиевый сплав, разработка которого начата в 1940-х годах, на протяжении длительного времени был актуален в изготовлении автомобилей, авиастроении и других прорывных областях промышленности. Данный материал был хорош во всем, кроме одного. Хотя материалы, сделанные из сплава с алюминием, были так же прочны как сталь и легче сталей в 3 раза, алюминий практически не поддавался обычным методам сварки. Поэтому не удавалось собирать цельные панели или части двигателя.
В чем проблема?
Причина заключалась в том, что сплав нагревается во время сварки, его молекулярная структура создает неравномерность потока составляющих ее элементов — алюминия, цинка, магния и меди, в результате чего возникают неизбежные трещины вдоль сварного шва.
Решение найдено
В настоящее время инженеры инженерной школы UCLA разработали способ сварки сплава, известный под названием "AA 7075". Также эта маркировка обозначает определенный сплав алюминия. Инженеры предложили следующее решение данной проблемы: вливание наночастиц карбида титана. Частиц настолько маленьких, что их измеряют в единицах, равных одной миллиардной части метра. В сварочной проволоке марки "AA 7075" используют карбид титана в качестве наполнителя между соединяемыми частями.
Используя новый подход, исследователи изготовили сварные соединения с пределом прочности до 392 мегапаскалей. Для сравнения, алюминиевый сплав, известный как АА 6061, который широко используется в авиации и автомобилестроении, имеет прочность 186 МПа в сварных соединениях. Согласно результатам исследования, после сварки и термической обработки сплав может еще больше увеличить прочность соединений AA 7075 до 551 мегапаскалей, что сопоставимо со сталью.
Преимущества нового метода
Нанотехнологии позволяют инженерам сварить ранее не свариваемый алюминиевый сплав так же просто и эффективно, как и другие металлические детали. Поскольку сплав силен на разрыв и легок, AA 7075 может помочь увеличить эффективность использования топлива и батарей транспортного средства, поэтому он уже часто используется для создании фюзеляжа и крыльев самолета, где материал обычно соединяется болтами или заклепками, а не сваркой. Сплав также был использован для продуктов, которые не требуют подобных соединений, как чехлы смартфонов и карабины для скалолазания, электроника. Однако сложность сварки алюминия вне сварки определенным типом проволоки усложняет внедрение этого материала в другие области промышленности.
"Этот новый метод является лишь обычным поворотом к лучшему будущему, но это может привести к широкому использованию этого высокопрочного алюминиевого сплава в условиях массового производства товаров, как автомобили или велосипеды", - говорят в учебном заведении UCLA. Компании могут использовать те же самые процессы и оборудование, что у них уже есть на данный момент, чтобы включить данный уникальный алюминиевый сплав в свои производственные процессы, и их продукция может быть более легкой и эффективной, сохраняя при этом свою прочность.
Исследователи уже работают с производителем велосипедов на предмет производства прототипа велосипедных рам, при создании которых будет использоваться данный сплав.
