PNNL与TARDEC研发摩擦搅拌鸠尾榫接工艺 完成钢铝薄板接合操作

盖世汽车讯 据外媒报道，西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）的研究人员研发及测试了一款名为摩擦搅拌鸠尾榫接（Friction Stir Dovetailing，FSD）的全新工艺，完成厚铝板与厚钢板的接合操作。该工艺将被用于生产轻量化车辆，可提升车辆的灵活性及燃油经济性。

美国军方的坦克车研究开发与工程中心（Tank Automotive Research Development and Engineering Center，TARDEC）也加盟了PNNL，共同研发摩擦搅拌鸠尾榫工艺，其中包括：搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding）及搅拌摩擦刻划（Friction Stir Scribe）技术，前者可将不同厚度的相似金属板接合在一处，后者则能将铝材及钢材等材质差异较大的金属薄板接合在一处。

尽管搅拌摩擦刻划解决了钢铝薄板接合方面的难题，但尚未将其拓展至厚板的接合（按英寸计）。然而，若采用专用工具，铝材变形后将融入钢质鸠尾榫槽并形成机械式联锁（mechanical interlock）。同时，该工具将沿着鸠尾榫凹槽底部移动，形成薄薄的冶金接合（metallurgical bond），形成一种“金属间化合物（intermetallic compound）”，可将鸠尾榫槽内的金属“粘合（glues）”。

该研究团队发现，采用复杂的机器控制可精准调节钢铝结合处的温度及压力，抑制金属间化合物的形成。在采用其它摩擦搅拌技术时，上述复合物会逐步增厚，且呈现不均匀分布，这将导致接缝脆断或脱缝（joint brittleness and failure）。

在进行摩擦搅拌鸠尾榫接期间，增生的金属间化合物为铁三铝（iron aluminide，Fe3Al），该物质对接缝有利，因为该类物质很薄，其厚度只有人类头发丝的千分之一，作为钢铝接缝处的“粘合剂”，且不会脆化（embrittlement）。

搅拌摩擦榫接接缝的实验室测试表明，当采用摩擦搅拌鸠尾榫接进行金属间搅拌摩擦接合时，接缝不仅强度高，相较于比其他搅拌摩擦连接方式，其接缝的延展性提升了5倍。

研究团队计划改进该技术，并将其用于其它结合工艺中。除钢铝外，还能利用摩擦搅拌鸠尾榫接工艺来完成铜铝、铝镁、镁钢板材等材料的接合。（本文图片选自pnnl.gov）