德國開發碳纖維復合材料鋁輕質材料連接的新技術
- 基于流行的輕質建筑的概念，由輕質金屬和纖維復合材料組成的連接件代表了理想的材料組合的方式。然而，由于兩種材料表現出不同的電化學電位，在復合材料中存在接觸腐蝕的危險。在DFG研究項目中，德國弗勞恩霍夫研究院先進材料與制造技術研究所與德國法塞爾學院合作，開發了一系列連接鋁與碳纖維材料的新技術。通過在碳纖維復合材料構件上加置耐溫保護層，可以防止復合材料中的電化學腐蝕的發生。同時，這一保護層也確保了牢固的連接性。
纖維復合材料和輕質材料的結合對所有已有的連接技術提出了新的挑戰。除了需要保持高的連接強度外， 連接本身不應增加任何額外的重量， 兩種材料都必須防止接觸腐蝕的發生。除了粘結或鉚接的組合連接方式外，這里提出的混合高壓壓鑄提供了一種新的方法來減輕重量，同時會永久防止接觸腐蝕的問題。
在新開發的工藝中，澆注之前， 碳纖維材料結構涂覆有高溫穩定的塑料（PEEK），直到達到大約550℃的溫度，PEEK才會開始顯著分解。在后續的鑄造工藝步驟中，將碳纖維復合材料組件放入高壓鑄造模具中，并在700℃左右的溫度下，在塑料區域內鑄造鋁。盡管存在溫度差異，選擇合適的工藝和材料參數，塑料可以集成到高壓鑄造工藝中，而不會影響塑料的性能。因此，在通過鑄造鋁部件初始期間，兩種材料之間建立了穩定的連接。因此，不需要耗時的加工步驟或接合表面的預處理。為了進一步提高強度，可以在接合區中選擇性地制造切口。與粘合劑連接的結構相比， 這一過程獲得的連接強度有20MPa。
在汽車、航空航天、風能和體育設備等許多領域以及傳統機械結構中，對混合材料的需求很高。對于大需求量生產，需要高效率的系列化制造。
為了滿足這些需求，開發團隊從飛機制造中選擇一個大量安裝的支架進行可行性研究。開發團隊的目標是進一步開發基于該組件的混合鑄造技術，為鋁高壓鑄造提供一個新的工藝窗口，以便能夠大量實現碳纖維復合材料和鋁之間的混合連接，實現系列化生產。
針對混合鑄造領域的研究，德國弗勞恩霍夫研究院先進材料與制造技術研究所有兩個高壓鑄造設備以及工業系列生產規模的周邊設備。有了這些設施，德國弗勞恩霍夫研究院先進材料與制造技術研究所將成為德國鑄造技術領域最大的校外研究機構。
