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Oct 01, 2023

ナノ粒子が「溶接不可能な」アルミニウムに大きな違いをもたらす

その多くは隠されていますが、溶接は社会に不可欠な部分です。 それは、私たちが運転する車、私たちが住んでいる建物、私たちが使用する電化製品、そして

その多くは隠されていますが、溶接は社会に不可欠な部分です。 それは、私たちが運転する車、私たちが住んでいる建物、私たちが使用する電化製品、そして私たちが前に進むための重機のフレームワークを結合する接着剤です。 輸送と宇宙探査の未来への旅を効率化するために、より強くてより軽い素材を求めて毎年、たゆまぬ探求が続けられています。

これらの未来的な材料の中には何十年も前から存在しているものもありますが、それらを溶接するために必要な技術は遅れていました。 UCLA サムエリ工学部の研究者グループは最近、1940 年代に開発されたアルミニウム合金 7075 の溶接性を解明する鍵を発見しました。 炭化チタンのナノ粒子を混合物に加えることにより、部品自体よりも強力な結合を生み出すことができました。

最も簡単に言うと、溶接は「留め具を使用せずに金属とプラスチックを接合すること」と定義されます。 最も一般的なタイプは溶融溶接として知られており、母材金属を火炎または電極で一緒に溶かします。 無融接溶接には、はんだ付けやろう付けが含まれます。 これらの方法では、ピースを接合するのに役立つフィラーとして 3 番目の金属が使用されます。

溶接の歴史は中世にまで遡り、最初の溶接工は鍛冶屋でした。 煤にまみれた勇敢な男たちは、火とハンマー、そして深い忍耐力だけを使って、鉄片を切断したり接合したりしていました。 産業革命により、当時の機械の多くは溶融金属を鋳造して作られていたため、溶接の需要が数桁増加しました。 これにより、壊れたビットを加熱し、その周りに型をボルトで固定し、溶融金属を流し込むという、新しい鋳造溶接プロセスに基づいて構築された亜産業全体が誕生しました。

20 世紀に電気が普及すると、照明器具に使用されるカーボン アーク棒がアーク溶接のアイデアを生み出しました。 アーク溶接は、電源 (アーク溶接機) と溶接される金属の間に回路を作成することによって機能します。 接地リード線はワークピースにクランプされ、正極リード線は 12 ～ 14 インチの電極を保持するバネ式クランプに接続されています。 このロッドは、加熱するとガスに変化するフラックス材料でコーティングされた親整合フィラー金属で構成されています。 このガスは、ビードの形成中にワークピースとフィラーメタルを空気中の不純物から保護します。 欠点は、削り取らなければならない固化した汚物のスラグが生成されることです。

酸素アセチレンガス溶接はアーク溶接のすぐ後に登場し、第一次世界大戦はこれら両方の方法を進歩させました。 航空機産業が軌道に乗り始めると、軽量で耐久性のある金属と、それらを溶接する人材の需要が急増しました。 GTAW (ガス タングステン アーク溶接)、ヘリアーク、または TIG (タングステン不活性ガス) として知られる新しいスタイルの溶接が人気を集め始めました。 TIG 溶接はマスターするのが難しいですが、より細かい制御が可能で、優れた結果が得られます。

一般に溶接される金属の多くは、いくつかの異なる金属の合金です。 これは、純粋な金属は車や建物のフレームとしては柔らかすぎる（そして価値がある）ためです。 唯一の問題は、一部の合金の構成金属がうまく溶けないことです。 加熱すると、さまざまな金属が不均一に流れ、溶接接合部に沿って亀裂が発生します。 このアキレス腱により、多くの強度と評判の高い合金が溶接用途に役に立たなくなります。

AA7075 はこれらの合金の 1 つです。 この数十年前からアルミニウム、亜鉛、マグネシウム、銅を混ぜ合わせたものは、非常に強力でありながら軽量です。 多くの用途、特に燃料効率とバッテリーの節約が重視される用途に最適です。 唯一の問題は、AA7075 は溶接時に非常に亀裂が発生しやすいことです。 AA7075 はリベット留めされた飛行機の胴体に広く使用されていますが、一般的にはいかなる手段を使っても溶接できないと考えられています。

大学院生のマクシミリアン・ソコルク氏とシャオチュン・リー教授率いるUCLAの研究チームは、この合金に新たな命を吹き込んだ。 彼らは、亀裂を一切発生させずに 2 つの AA7075 を TIG 溶接する方法を発見しました。