Deux morceaux d'alliage d'aluminium 7075 soudés ensemble à l'aide d'un fil d'apport renforcé de nanoparticules. Crédit :Oszie Tarula/UCLA
Un alliage d'aluminium développé dans les années 1940 a longtemps été prometteur pour une utilisation dans la fabrication automobile, à l'exception d'un obstacle clé. Bien qu'il soit presque aussi solide que l'acier et seulement un tiers du poids, il est quasiment impossible de souder entre eux en utilisant la technique couramment utilisée pour assembler des panneaux de carrosserie ou des pièces de moteur.
C'est parce que lorsque l'alliage est chauffé pendant le soudage, sa structure moléculaire crée un flux inégal de ses éléments constitutifs-aluminium, zinc, le magnésium et le cuivre, ce qui entraîne des fissures le long de la soudure.
Maintenant, les ingénieurs de l'UCLA Samueli School of Engineering ont développé un moyen de souder l'alliage, connu sous le nom de AA 7075. La solution :infuser des nanoparticules de carbure de titane - des particules si petites qu'elles sont mesurées en unités égales à un milliardième de mètre - dans des fils de soudage AA 7075, qui sont utilisés comme matériau de remplissage entre les pièces à assembler. Un article décrivant l'avance a été publié dans Communication Nature .
En utilisant la nouvelle approche, les chercheurs ont produit des joints soudés avec une résistance à la traction jusqu'à 392 mégapascals. (Par comparaison, un alliage d'aluminium connu sous le nom d'AA 6061 qui est largement utilisé dans les pièces d'avion et d'automobile, a une résistance à la traction de 186 mégapascals dans les joints soudés.) Et selon l'étude, traitements thermiques post-soudage, pourrait encore augmenter la résistance des joints AA 7075, jusqu'à 551 mégapascals, ce qui est comparable à l'acier.
l'étudiant diplômé Maximilian Sokoluk; mécanicien de laboratoire Travis Widick, tenant un cadre de vélo de démonstration soudé en alliage d'aluminium 7075 ; et le professeur Xiaochun Li. Crédit :Kenny Stadelmann/UCLA
Parce que c'est fort mais léger, AA 7075 peut aider à augmenter l'efficacité du carburant et de la batterie d'un véhicule, il est donc déjà souvent utilisé pour former des fuselages et des ailes d'avion, où le matériau est généralement assemblé par des boulons ou des rivets plutôt que soudé. L'alliage a également été utilisé pour des produits qui ne nécessitent pas d'assemblage, tels que les cadres de smartphone et les mousquetons d'escalade.
Mais la résistance de l'alliage au soudage, Plus précisément, au type de soudage utilisé dans la fabrication automobile, l'a empêché d'être largement adopté.
"La nouvelle technique n'est qu'une simple torsion, mais il pourrait permettre une utilisation généralisée de cet alliage d'aluminium à haute résistance dans des produits fabriqués en série comme les voitures ou les vélos, où les pièces sont souvent assemblées entre elles, " dit Xiaochun Li, Raytheon Professor of Manufacturing de l'UCLA et chercheur principal de l'étude. "Les entreprises pourraient utiliser les mêmes processus et équipements dont elles disposent déjà pour incorporer cet alliage d'aluminium ultra-résistant dans leurs processus de fabrication, et leurs produits pourraient être plus légers et plus économes en énergie, tout en conservant leur force."
Les chercheurs travaillent déjà avec un fabricant de vélos sur des prototypes de cadres de vélos qui utiliseraient l'alliage; et la nouvelle étude suggère que les fils d'apport infusés de nanoparticules pourraient également faciliter l'assemblage d'autres métaux et alliages métalliques difficiles à souder.
