PNNL研发新型铆接技术实现轻质镁固件 有助于提高车辆燃油经济性

据外媒报道，当地时间9月5日，美国太平洋(601099,股吧)西北国家实验室(PNNL)研发了一项新型专利铆接技术，可以更容易制成轻质镁，并减少连接每个铆钉所需的时间。

PNNL研发新型铆接技术制成的镁构件(图片来源：PNNL)

镁是重量最轻的金属之一，因而成为了让汽车实现更优燃料经济性的理想材料。但在工业应用上，镁落后于铝和钢，因为其易碎，很难制成结构件。该项基于摩擦的铆接技术名为旋转锤铆接(RHR)，可以免去预热金属以制成铆钉的步骤，并可改进紧固接头。此外，该技术也适用于应用于飞机制造的铝铆钉。此种加工方法速度显著加快，在飞机和车辆制造中既可节省时间，还可节省资金。

让旧工艺焕新

铆接是连接不同材料的最古老技术之一。古埃及人就采用木铆钉将金属把手连接到陶罐上。铆接工艺代代相传，跨越文明，在罗马建筑、维京海盗船、中世纪盔甲以及其他历史物品中都可看到。

随着19世纪和20世纪新材料的出现，钢铆接在建筑、桥梁、战舰和飞机等各种结构应用中随处可见。不过，铆接工艺几乎没有改变，即取一个一端带有蘑菇形状的圆柱形金属，将柄或杆穿过想要连接的两种材料的孔，再用锤子敲打柄的一端，以形成第二头，以将两种材料连接在一起。

如果采用镁铆钉，则可能会碎裂。虽然镁合金由于重量轻而强度大，但是在室温下，镁容易碎裂。因此，通常情况下，会将镁合金加热，让其变得足够柔软，再进行锤击和弯曲，使其不会断裂。

加热每一个铆钉的速度很慢，价格也很贵，因此镁铆钉很少会被使用，尽管他们比用于连接镁板的铝铆钉要轻30%。

锤击铆接是一种新型铆接技术

PNNL研发的RHR技术无需对镁铆钉预热。该工艺采用的是无需预热的镁铆钉，因此比传统锤击铆接中需要预热铆钉速度快了4至12倍，而且能够增强强度以及具有防腐性能。

RHR是摩擦搅拌焊接的分支技术，该技术采用一种称为锤子的小型旋转工具，旋转力通过摩擦和变形产生热量，让镁软化，形成铆钉头，同时将铆钉头的底面与下方的金属板通过冶金方式混合。此种制成金属的方法可以保证连续结合，以防止腐蚀。

该项新获专利的工艺能够让金属变形，从而改变其晶体结构。采用高倍显微镜，研究人员可以看到晶粒如何得到优化以及重定向，以让镁成形且变得更坚固。

用于飞机制造的铆接解决方案

研究人员表示，RHR也适用于制造用于飞机的铝铆钉。每架商用飞机都含有数十万颗铆钉，大多都由铝合金2024制成，而RHR工艺能够降低成本，提高生产线的效率。由铝合金2024制成的铆钉在室温下存放时强度太大，无法铆接。因此，也需要退火、软化，然后存储在冰箱中，在铆接之前保持软化状态。

速度更快的摩擦铆接技术

采用RHR工艺处理铝速度很快。传统铆合每个铆钉需要1至3秒，而RHR只需要0.25秒，即每铆接10万个铆钉可节省40个小时。RHR工艺只是PNNL研发的一套用于加工金属合金和复合材料的颠覆性技术。此类固相加工技术包含在不熔化、加热、混合、制造和连接金属与其他材料的情况下让材料变形，最终获得的材料与利用传统制造方法制成的材料相比，性能更加非凡。