欧盟开发金属与复合材料连接新技术

据复合材料世界网站2019年7月24日报道,欧盟“地平线2020”计划正在实施“ComMunion”项目研究,旨在开发金属与复合材料连接新技术,来制造主体由钢材制成并采用纤维增强塑料进行局部功能强化的复合零件,满足零件的高机械性能、低重量要求,进而满足汽车、航空航天等领域对减重、节约能源和资源的需求。该项目由位于德国亚琛的两个弗劳恩霍夫研究所——生产技术研究所(IPT)和激光技术研究所(ILT)联合来自工业界、科研机构和学术界的14个合作伙伴共同完成。

新的混合材料制造工艺采用激光毛化和激光辅助铺带组合工艺。第一步是激光毛化工艺。使用激光对钢制零件表面进行预处理,使其表面具有专门设计、精确定义的毛化结构。经毛化的表面允许连续纤维增强热塑性轻质材料直接粘接在钢制部件上。第二步是激光辅助铺带工艺。先采用铺带工艺将纤维增强热塑性复合材料与钢制零件连接起来,然后利用激光对热塑性带材要与钢制表面连接的局部区域进行加热,熔化后的基底材料流入激光毛化区域。在熔融材料固结之后,具有嵌入式单向纤维的带材就会粘接在钢制部件毛化表面上。这种粘接属于机械连接,无需额外的预处理或额外的粘结剂。

当零件的机械性能需要局部加强而不显著增加部件的重量时,这两种激光工艺组合的优点就会显现出来。该方法尤其适用于大规模生产,体现为:首先,复合材料带材铺放后无需进一步的后处理工序来固化材料;第二,精确地局部加热可在连接两种材料时减少变形和残余应力;第三,激光毛化工艺可以重复的、精确地作用于需要毛化的金属表面;第四,激光不会受到任何刀具磨损的影响。

研究团队已经完成第一个有高强钢和单向纤维热塑性带材制成的演示样件——轻质摇臂面板(rocket panel)(其是汽车中的一个车身组件),用于测试组合工艺的主要功能。

激光毛化是世界上新近发展起来的冷轧钢辊毛化新技术。激光毛化轧辊具有比喷丸毛化钢辊更长的使用寿命,在轧板过程中能提高轧制速度,减少版面擦伤,改善版型,在板卷退火中防止粘连,能显著提高工厂的生产率和产品质量。

激光毛化技术是采用高能量、高重复频率的脉冲激光束在聚焦后的负离焦照射到轧辊表面实施预热和强化,在聚焦后的聚焦点入射到轧辊表面形成微小熔池,同时由侧吹装置对微小熔池施于设定压力和流量的辅助气体,使熔池中的熔融物按指定要求尽量堆积到融池边缘形成圆弧形凸台(峰值数)。 激光毛化是一种用于轧钢生产的现代高新技术。

YAG激光毛化设备及加工方法已经成熟运用在钢铁、冶金的精密带钢、冷轧薄板、镀锌板、镀锡板、不锈钢板带上。应用激光毛化技术对轧辊能够提高轧辊使用寿命、减少辊耗,降低退火粘连缺陷,对板、带能够提高产品冲压性能、改善表面涂漆附着力,增加光亮度,减少黑带现象产生等。

激光毛化技术目前已经广泛应用于汽车、建筑、家电及电子、轻工及国防等领域,为国家和企业创造了数十亿元的经济效益,应用我所技术的企业不仅提高了其产品档次和竞争力,而且多家的毛化板带实现出口创汇。

激光毛化冷轧辊技术是八十年代在世界上才发展起来的生产优质冷轧薄钢板新技术。由于激光毛化技术在加工方法上、在提高成型性能和涂镀后光亮度以及综合生产成 本方面都比其它毛化方法具有更大优越性,因此激光毛化技术一问世便受到钢铁企业和使用部门的高度重视, 优质冷轧薄板和薄带不仅需要优良的材质,而且对薄板表面质量(如表面粗糙度和形貌)有严格的要求,才能确保薄板优良的成形性能和表面涂镀性能。激光毛化汽车板由于涂漆后反射映像光泽度高,在国外被称为“镜面钢板”,是生产高级轿车面板的优质板材。因此,激光毛化冷轧薄板(带)是汽车、家电、电子和轻工业生产需求的重要原材料。