德國開發(fā)碳纖維復(fù)合材料鋁輕質(zhì)材料連接的新技術(shù)
- 基于流行的輕質(zhì)建筑的概念，由輕質(zhì)金屬和纖維復(fù)合材料組成的連接件代表了理想的材料組合的方式。然而，由于兩種材料表現(xiàn)出不同的電化學(xué)電位，在復(fù)合材料中存在接觸腐蝕的危險。在DFG研究項目中，德國弗勞恩霍夫研究院先進材料與制造技術(shù)研究所與德國法塞爾學(xué)院合作，開發(fā)了一系列連接鋁與碳纖維材料的新技術(shù)。通過在碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件上加置耐溫保護層，可以防止復(fù)合材料中的電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。同時，這一保護層也確保了牢固的連接性。
纖維復(fù)合材料和輕質(zhì)材料的結(jié)合對所有已有的連接技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。除了需要保持高的連接強度外， 連接本身不應(yīng)增加任何額外的重量， 兩種材料都必須防止接觸腐蝕的發(fā)生。除了粘結(jié)或鉚接的組合連接方式外，這里提出的混合高壓壓鑄提供了一種新的方法來減輕重量，同時會永久防止接觸腐蝕的問題。
在新開發(fā)的工藝中，澆注之前， 碳纖維材料結(jié)構(gòu)涂覆有高溫穩(wěn)定的塑料（PEEK），直到達到大約550℃的溫度，PEEK才會開始顯著分解。在后續(xù)的鑄造工藝步驟中，將碳纖維復(fù)合材料組件放入高壓鑄造模具中，并在700℃左右的溫度下，在塑料區(qū)域內(nèi)鑄造鋁。盡管存在溫度差異，選擇合適的工藝和材料參數(shù)，塑料可以集成到高壓鑄造工藝中，而不會影響塑料的性能。因此，在通過鑄造鋁部件初始期間，兩種材料之間建立了穩(wěn)定的連接。因此，不需要耗時的加工步驟或接合表面的預(yù)處理。為了進一步提高強度，可以在接合區(qū)中選擇性地制造切口。與粘合劑連接的結(jié)構(gòu)相比， 這一過程獲得的連接強度有20MPa。
在汽車、航空航天、風(fēng)能和體育設(shè)備等許多領(lǐng)域以及傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)中，對混合材料的需求很高。對于大需求量生產(chǎn)，需要高效率的系列化制造。
為了滿足這些需求，開發(fā)團隊從飛機制造中選擇一個大量安裝的支架進行可行性研究。開發(fā)團隊的目標是進一步開發(fā)基于該組件的混合鑄造技術(shù)，為鋁高壓鑄造提供一個新的工藝窗口，以便能夠大量實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料和鋁之間的混合連接，實現(xiàn)系列化生產(chǎn)。
針對混合鑄造領(lǐng)域的研究，德國弗勞恩霍夫研究院先進材料與制造技術(shù)研究所有兩個高壓鑄造設(shè)備以及工業(yè)系列生產(chǎn)規(guī)模的周邊設(shè)備。有了這些設(shè)施，德國弗勞恩霍夫研究院先進材料與制造技術(shù)研究所將成為德國鑄造技術(shù)領(lǐng)域最大的校外研究機構(gòu)。
