德国科学家开发出碳纤维复合材料与铝轻质材料连接的新技术-复合材料网

无接触腐蚀行为发生

基于流行的轻质建筑的概念,由轻质金属和纤维复合材料组成的连接件代表了理想的材料组合的方式。然而,由于两种材料表现出不同的电化学电位,在复合材料中存在接触腐蚀的危险。在DFG研究项目中,Fraunhofer IFAM(德国弗劳恩霍夫研究院·先进材料与制造技术研究所)与Faserinstitut Bremen e.V(德国法塞尔学院 不莱梅 e.V)合作,开发了一系列连接铝与碳纤维材料的新技术。通过在碳纤维复合材料构件上加置耐温保护层,可以防止复合材料中的电化学腐蚀的发生。同时,这一保护层也确保了牢固的连接性。

纤维复合材料和轻质材料的结合对所有已有的连接技术提出了新的挑战。除了需要保持高的连接强度外,连接本身不应增加任何额外的重量。两种材料都必须防止接触腐蚀的发生。除了粘结或铆接的组合连接方式外,这里提出的混合高压压铸提供了一种新的方法来减轻重量,同时会永久防止接触腐蚀的问题。

组件的连接仅需几个步骤便可实现

在新开发的工艺中,浇注之前,碳纤维材料结构涂覆有高温稳定的塑料(PEEK),直到达到大约550℃的温度,PEEK才会开始显著分解。在后续的铸造工艺步骤中,将碳纤维复合材料组件放入高压铸造模具中,并在700℃左右的温度下,在塑料区域内铸造铝。尽管存在温度差异,选择合适的工艺和材料参数,塑料可以集成到高压铸造工艺中,而不会影响塑料的性能。因此,在通过铸造铝部件初始期间,两种材料之间建立了稳定的连接。因此,不需要耗时的加工步骤或接合表面的预处理。为了进一步提高强度,可以在接合区中选择性地制造切口。与粘合剂连接的结构相比,这一过程获得的连接强度有20 MPa。

系列化生产的发展

在汽车、航空航天、风能和体育设备等许多领域以及传统机械结构中,对混合材料的需求很高。对于大需求量生产,需要高效率的系列化制造。

为了满足这些需求,从飞机制造中选择一个大量安装的支架进行可行性研究。开发团队的目标是进一步开发基于该组件的混合铸造技术,以便为铝高压铸造提供一个新的工艺窗口,以便能够大量实现碳纤维复合材料和铝之间的混合连接。实现系列化生产。

针对混合铸造领域的研究,Fraunhofer IFAM有两个高压铸造设备(Bühler,SC N/66型,660t闭合力;Frech,DAK250型,290t闭合力)以及工业系列生产规模的周边设备。有了这些设施,Fraunhofer IFAM声称是德国铸造技术领域最大的校外研究机构。