感應焊接可連接金屬泡沫而不會破壞其性狀
複合金屬泡沫(CMF)是一種非常有用的閉孔多孔材料,可以透過將金屬球分佈在金屬基體中來生產。由於均勻的形狀和均勻的孔隙分佈,CMF 與傳統的金屬泡沫相比可以提供更好的機械性能,這種材料重量輕、強度高,可用於飛機機翼、車輛裝甲和人體裝甲等領域。此外,與鋼等傳統金屬和合金相比,CMF 的隔熱性能更好,這意味著 CMF 也被期望用於儲存和運輸核子材料、危險品、爆炸物和其他熱敏材料。
一項研究發現,感應焊接(如圖)可用於連接複合金屬泡沫,而不會降低其理想品質
CMF 通常是由一種金屬製成的空心球體,包含在由相同或不同金屬組成的實心基體中。它們有點像航空巧克力棒,如果它是由金屬而不是巧克力製成的話。它們最大的賣點之一就是比傳統的固體金屬更輕,同時強度相當。在過去幾年中,人們也發現它們還能阻擋子彈、阻擋輻射和隔絕高溫。
但遺憾的是,當透過傳統方法將不同的 CMF 焊接在一起時,它們會在焊接點失去這些理想的特性。
北卡羅來納州立大學的研究人員現在已找到一種焊接技術,可用於將複合金屬泡棉(CMF)零件連接在一起,而不會損害使 CMF 成為理想材料的特性。 CMF具有輕質、堅固和有效隔絕高溫的特點,因此有望廣泛應用於各種領域。
北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程學教授 Afsaneh Rabiei 說:”傳統的熔焊使用填充物來連接兩塊金屬。這問題就出在這裡,因為熔化兩塊 CMF 的金屬是固態的,所以它缺乏兩側 CMF 的理想特性。此外,任何直接加熱熔化金屬的焊接方式都會導致 CMF 中的一些孔隙被填滿。 “
為了尋找一種替代方法,Rabiei 和同事們研究了一種較少使用的技術,即感應焊接。簡而言之,它利用射頻電流為感應線圈通電,產生高頻電磁場,使某些金屬加熱到熔點。
由於CMF只有30-35%的金屬成分,電磁場能夠深入材料內部,以實現良好的焊接。構成 CMF 其餘 65-70% 部分的氣穴起到了隔絕材料熱量的作用。這樣,感應焊接就能加熱連接兩片 CMF 的目標區域,但又能防止熱量從連接處向外擴散。這有助於維持 CMF 的特性。
Rabiei說:”這是向前邁出的重要一步,因為CMF的特性使其在廣泛的應用中具有吸引力,但至關重要的是,要有一種焊接CMF部件的方法,而不損害使其具有吸引力的特性。 “
有關這項研究的論文最近發表在《先進工程材料》雜誌上。