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傳統焊接的取代者：無焊連接

2018-04-27 10:25:41 作者：本網整理來源：材料科技在線分享至：

基爾大學課題組及其合作伙伴（基爾Phi-Stone創業股份有限公司），將在漢諾威工業博覽會上展示他們的可移動型樣機“Metalangelo”。圖片來源：Siekmann，CAU

一直以來，焊接都是連接金屬的標準技術。但是，這種在高溫下進行的復雜工藝并不適用于所有的材料。日前，基爾大學的“納米功能材料”課題組與Phi-Stone股份有限公司聯合開發了一種替代傳統焊接和粘合的新技術。該技術依據特殊的蝕刻工藝，可以使鋁和鋁合金、聚合物之間相互連接并形成堅固耐用的接頭。他們將在漢諾威工業博覽會（4月23日至27日）上展示可移動連接裝置的樣機，并將在得到客戶的反饋意見后開始大批量生產。

焊接是一種通過熔化局部工件來連接其他零部件的制造工藝。然而，熔化時的高溫環境勢必會對材料的性能產生不可預估的影響，導致其組織結構及光學性能發生變化。同時，焊接還需要特殊的安全措施和技藝嫻熟的技工。相比之下，基爾大學課題組（Rainer Adelung教授）研發的新工藝不僅可以節省焊接材料，而且即使是在焊接死角處，亦或者是倒掛在天花板上施工時，操作起來也非常便捷。在短短的幾分鐘內，金屬與金屬、金屬與聚合物之間就可以永久連接。

該團隊正考慮將該工藝應用于船舶、飛機或汽車等生產領域。Adelung表示，該工藝特別適用于在成品中附加零部件，例如在船舶或汽車中附加內部構件。Adelung說：“焊接時金屬局部的高溫環境會破壞已經處理或噴涂過的工件表面，而我們的工藝卻是在室溫下進行的，不需要對工件施加特殊的保護措施。”

蝕刻原件安裝在具有真空保持器的鋁件表面上，然后用特定的工藝以電化學的方式將其結構化。圖片來源：Siekmann，CAU

為了能夠將金屬緊密的連接在一起，基爾大學課題組利用“納米雕刻”技術，將已經電化學微刻蝕的工件表面變得更加粗糙，以便于在微米級上加工出直角鉤的結構。處理后的兩個表面通過粘合劑相互粘合，便會產生一種很難斷裂的強力接頭。

Phi-Stone股份有限公司的董事Ingo Paulowicz說：“就算是發生斷裂，那么可能也只是粘合劑或材料本身出了問題，而非連接點。”“納米雕刻工藝為連接技術領域的發展提供了一個全新的機遇。未來，該技術也可能有助于醫療技術的發展。”Adelung補充道。

在電子顯微鏡下，可以看到金屬粗糙表面的細鉤結構。這使得許多材料能夠“互鎖”并永久連接。圖片來源：Mark-Daniel Gerngroß

為了將這種連接工藝應用到工業生產中，日前，基爾大學課題組和Phi-Stone股份有限公司研制了一種名為“Metalangelo”的可移動型樣機。通過3D打印定制生產的蝕刻元件，可以在室溫中精確地處理金屬表面。他們希望與首批客戶一道，結合客戶需求將樣機開發到市場準備階段。他們在這方面已經注冊了兩項專利。樣機引用了文藝復興時期的雕塑家米開朗基羅的名稱，以此凸顯新工藝的基本原理：定向表面處理。然而，基爾大學研究團隊要進行處理的是金屬而非大理石。