Алюмінієвий сплав, розроблений в 1940-х роках, довгий час залишався перспективним для використання в автомобільній промисловості, за винятком однієї ключової перешкоди. Незважаючи на те, що він майже такий же міцний, як сталь, і важить всього одну третину, його практично неможливо зварювати, використовуючи техніку, зазвичай використовувану для складання панелей кузова або деталей двигуна.
Це тому, що коли сплав нагрівають під час зварювання, його молекулярна структура створює нерівномірний потік складових його елементів - алюмінію, цинку, магнію і міді - що призводить до утворення тріщин уздовж зварного шва.
Але тепер інженери з UCLA Samueli розробили спосіб зварювання сплаву, відомий як AA 7075. Рішення таке: вливання наночастинок карбіду титану - частинок настільки малих, що вони вимірюються в одиницях, рівних одній мільярдній частині метра - у зварювальний дріт AA 7075, який використовується як наповнювач між деталями. Стаття, що описує відкриття, була опублікована в Nature Communications.
Використовуючи новий підхід, дослідники виготовили зварні сполуки з межами міцності до 392 мегапаскалів. (Для порівняння, алюмінієвий сплав, відомий як AA 6061, широко використовується в авіаційних і автомобільних деталях, має межу міцності при розтягненні 186 мегапаскалів у зварних сполуках.) І згідно з дослідженням, термічна обробка після зварювання може ще більше підвищити міцність швів AA 7075, до 551 мегапаскалів, що можна порівняти зі сталлю.
AA 7075 вже використовується для формування фюзеляжів і крил літаків, де матеріал зазвичай з'єднується болтами або заклепками, а не зварними швами. Сплав також використовувався для деталей, які не потребують з'єднання, таких як рамки для смартфонів і карабіни для скелелазіння. Але стійкість сплаву до зварювання, зокрема, до типу зварювання, що використовується в автомобілебудуванні, завадила його широкому поширенню.
«Нова техніка може дозволити широко використовувати цей високоміцний алюмінієвий сплав у масово випускаються виробах, таких як автомобілі або велосипеди, де деталі часто збираються разом», - сказав Сяочунь Лі, головний дослідник дослідження. «Компанії можуть використовувати ті ж процеси і обладнання, які у них вже є, щоб включити цей надміцний алюмінієвий сплав у свої виробничі процеси, і їх продукти можуть бути більш легкими і більш енергоефективними, зберігаючи при цьому свою міцність».
Вчені вже працюють з виробником велосипедів над прототипами велосипедних рам, які будуть використовувати сплав; і нове дослідження передбачає, що наповнені наночастинками присадочні дроти можуть також полегшити сполуки інших важко зварюваних металів і металевих сплавів.
