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传统焊接的取代者：无焊连接

文章来源：未知更新时间：2018-04-27 09:35:01

一直以来，焊接都是连接金属的标准技术。但是，这种在高温下进行的复杂工艺并不适用于所有的材料。日前，基尔大学的“纳米功能材料”课题组与Phi-Stone股份有限公司联合开发了一种替代传统焊接和粘合的新技术。该技术依据特殊的蚀刻工艺，可以使铝和铝合金、聚合物之间相互连接并形成坚固耐用的接头。他们将在汉诺威工业博览会（4月23日至27日）上展示可移动连接装置的样机，并将在得到客户的反馈意见后开始大批量生产。

焊接是一种通过熔化局部工件来连接其他零部件的制造工艺。然而，熔化时的高温环境势必会对材料的性能产生不可预估的影响，导致其组织结构及光学性能发生变化。同时，焊接还需要特殊的安全措施和技艺娴熟的技工。相比之下，基尔大学课题组（Rainer Adelung教授）研发的新工艺不仅可以节省焊接材料，而且即使是在焊接死角处，亦或者是倒挂在天花板上施工时，操作起来也非常便捷。在短短的几分钟内，金属与金属、金属与聚合物之间就可以永久连接。

该团队正考虑将该工艺应用于船舶、飞机或汽车等生产领域。Adelung表示，该工艺特别适用于在成品中附加零部件，例如在船舶或汽车中附加内部构件。Adelung说：“焊接时金属局部的高温环境会破坏已经处理或喷涂过的工件表面，而我们的工艺却是在室温下进行的，不需要对工件施加特殊的保护措施。”

蚀刻原件安装在具有真空保持器的铝件表面上，然后用特定的工艺以电化学的方式将其结构化。图片来源：Siekmann，CAU

为了能够将金属紧密的连接在一起，基尔大学课题组利用“纳米雕刻”技术，将已经电化学微刻蚀的工件表面变得更加粗糙，以便于在微米级上加工出直角钩的结构。处理后的两个表面通过粘合剂相互粘合，便会产生一种很难断裂的强力接头。

Phi-Stone股份有限公司的董事Ingo Paulowicz说：“就算是发生断裂，那么可能也只是粘合剂或材料本身出了问题，而非连接点。”“纳米雕刻工艺为连接技术领域的发展提供了一个全新的机遇。未来，该技术也可能有助于医疗技术的发展。”Adelung补充道。

在电子显微镜下，可以看到金属粗糙表面的细钩结构。这使得许多材料能够“互锁”并永久连接。图片来源：Mark-Daniel Gerngroß

为了将这种连接工艺应用到工业生产中，日前，基尔大学课题组和Phi-Stone股份有限公司研制了一种名为“Metalangelo”的可移动型样机。通过3D打印定制生产的蚀刻元件，可以在室温中精确地处理金属表面。他们希望与首批客户一道，结合客户需求将样机开发到市场准备阶段。他们在这方面已经注册了两项专利。样机引用了文艺复兴时期的雕塑家米开朗基罗的名称，以此凸显新工艺的基本原理：定向表面处理。然而，基尔大学研究团队要进行处理的是金属而非大理石。

铝制法兰件牢固地连接在铝壁上。图片来源：Siekmann，CAU

如上图所示，该工艺在连接金属时不会产生传统的焊缝。图片来源：Siekmann，CAU

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