金属加工创新:在不熔化泡沫的情况下焊接泡沫金属

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复合金属泡沫 (CMF) 是由空心金属球体(由不锈钢或钛等材料制成)组成的泡沫,嵌入由钢、钛、铝或其他金属合金制成的金属基体中。由此产生的材料既轻巧又非常坚固,其潜在应用范围从飞机机翼到车辆装甲和防弹衣。此外,CMF比传统的金属和合金(如钢)更能隔热。重量、强度和隔热性的结合意味着CMF还有望用于储存和运输核材料、危险材料、爆炸物和其他热敏材料。但是,为了实现其中的许多应用,制造商需要将多个CMF组件焊接在一起。传统的焊接技术可以熔化使CMF成为理想的气泡。研究人员现在已经证明,一种称为感应焊接的技术依赖于电磁场,可以在不损害泡沫中气泡的情况下焊接CMF。此图显示了其工作原理。请注意,CMF 足够凉爽,可以徒手触摸,距离焊缝位置只有几英寸远。

北卡罗来纳州立大学的研究人员发现了一种新的复合金属泡沫 (CMF) 焊接方法,保留了其轻、强和隔热性能,这对许多应用至关重要。

北卡罗来纳州立大学的研究人员现在已经确定了一种焊接技术,可用于将复合金属泡沫(CMF)组件连接在一起,而不会损害使CMF成为理想性能。CMF 有望在广泛的应用中应用,因为它们所包含的空气袋使它们轻巧、坚固且能有效地隔绝高温。

CMF的特点和挑战
CMF 是由空心金属球体组成的泡沫,由不锈钢或钛等材料制成,嵌入由钢、钛、铝或其他金属合金制成的金属基体中。由此产生的材料既轻巧又非常坚固,其潜在应用范围从飞机机翼到车辆装甲和防弹衣。

此外,CMF比传统的金属和合金(如钢)更能隔热。重量、强度和隔热性的结合意味着CMF还有望用于储存和运输核材料、危险材料、爆炸物和其他热敏材料。

然而,为了实现其中许多应用,制造商需要将多个CMF组件焊接在一起。这带来了一个问题。

“传统的熔焊使用填料连接两块金属,”北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程教授Afsaneh Rabiei说。“这是有问题的,因为被熔化以熔化两块CMF的金属是固体,因此它两侧都缺乏CMF的理想特性。此外,任何使用直接加热熔化金属的焊接都会导致 CMF 中的一些孔隙率被填充,从而损害其性能。简而言之,这意味着大多数形式的传统焊接都不适用于泡沫金属。

CMF焊接技术的突破
然而,研究人员现在已经确定了一种非常有效的焊接形式。它被称为感应焊接,它使用感应线圈产生电磁场,加热金属进行焊接。

“由于 CMF 只有 30-35% 的金属,电磁场能够深入渗透到材料中,从而实现良好的焊接,”Rabiei 说。“构成 CMF 剩余 65-70% 的气穴用于将材料隔热。这允许感应焊接加热连接两块 CMF 的目标区域,但防止热量从连接部位扩散。这有助于保留 CMF 的属性。

“这是向前迈出的重要一步,因为CMF的特性使其对广泛的应用具有吸引力,但必须有一种在不损害使其具有吸引力的性能的情况下焊接CMF组件的方法。”

 

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