ابداع روشي نوين براي اتصال قطعات فلزي به قطعات پليمري

به گزارش ايرنا، نتايج اين پژوهش مورد توجه صنعت خودروسازي جهت اتصال قطعات پليمري به فلزي قرار خواهد گرفت.

سازندگان خودرو همواره به دنبال ساخت وسايلي سبك‌تر، ايمن‌تر و با سازگاري محيطي بالاتر هستند، استفاده از آلياژهاي آلومينيم و قطعات پليمري و تركيب آن‌ها، دستيابي به اين امر را امكان‌پذير نموده‌ است.

بنابراين براي توليد سازه‌هاي پيچيده از اين مواد، بحث اتصال آن‌ها مطرح خواهد بود، اتصال نامتجانس ميان فلز و پليمر مي‌تواند خواص مختلف آن‌ها را به‌گونه‌اي كه ماده‌ي تركيبي توليدي داراي كاركرد ساختاري ميانه‌اي از هر كدام از اجزاء به صورت جداگانه باشد، تركيب نمايد، براي مثال، بهبود كارايي وزن به استحكام در اجزاي حمل و نقل يكي از مزاياي اصلي اتصال پليمر-فلز است.

نتايج اين طرح مشكل اتصال‌دهي نامتجانس قطعاتي از جنس آلياژهاي آلومينيم به قطعات پليمري ترموپلاستيك را برطرف مي‌نمايد.

در اين طرح فرايند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي به عنوان روشي پربازده‌تر در مقايسه با اتصال‌دهي شيميايي چسبي يا مكانيكي با پيچ و پرچ مطرح شده است.

همچنين، عوامل و شرايط فرايند جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي جهت دست‌يابي به اتصالي با ظاهر و خواص مناسب ميان آلياژ آلومينيم 5059 و پلي‌اتيلن چگالي بالا بهينه گرديده است.

اين تحقيق اولين گزارش بر روي اتصال‌دهي اصطكاكي اغتشاشي نامتجانس آلومينيم-پلي‌اتيلن و يا به طور كلي‌تر فلز-پليمر است.

دكتر فرزاد خدابخشي، در خصوص اهميت انجام اين پژوهش مي‌گويد: به دليل تفاوت زياد خواص فيزيكي، شيميايي و مكانيكي پليمرها و فلزات، اعمال روش‌هاي مرسوم جوشكاري براي اتصال اين مواد غيرممكن است.

وي بيان كرد: به‌طور خيلي ساده محدوده‌ي دمايي موردنياز جهت دست‌يابي به اختلاط با ماده‌ي فلزي سخت‌تر حين جوشكاري، سبب نرم شدن، اكسيداسيون و از بين رفتن پليمر مي‌گردد.

وي افزود: بنابراين، نياز به ابداع روش اتصال‌دهي جديدي در حالت جامد است. در ميان روش‌هاي مختلف اتصال‌دهي حالت جامد، جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي روشي سازگار با توانايي بالا جهت اتصال مواد غيرهمجنس با خواص كاملاً متفاوت (فلزات و غيرفلزات) است.

به گفته‌ اين محقق اتصال‌دهي نامتجانس حالت جامد آلياژ آلومينيم به پلي‌اتيلن، به روش جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي سبب افزايش قابل ملاحظه‌اي در سرعت توليد در مقايسه با روش‌هاي اتصال‌دهي شيميايي بر پايه‌ي چسب يا مكانيكي بر پايه‌ي پيچ و پرچ شده است.

به تبع اين امر كاهش هزينه و كاهش قيمت تمام شده محصول عملي شده و همچنين مي‌تواند سبب كاهش آلودگي و كاهش اثرات جانبي نيز گردد.

با بررسي طرح‌هاي اتصال و پارامترهاي جوشكاري مختلف مشخص گرديده كه جوش اصطكاكي اغتشاشي با ظاهري مناسب و بدون عيب، با استفاده از طرح اتصال سر به سر قابل دست‌يابي است. در اين مطالعات مشاهده شده كه تشكيل لايه‌اي نيمه كريستالي با ضخامتي حدود 30 نانومتر از فاز آلوميناي كوراندوم در فصل مشترك زمينه‌هاي آلومينيومي و پليمري نقش بسزايي در اتصال‌دهي اين مواد نامتجانس دارد.

در روند اين تحقيقات ابتدا پارامترهاي فرايندي از قبيل سرعت چرخشي و انتقالي و طرح و هندسه‌ي ابزار جهت دست‌يابي به جوشي عاري از عيب با ظاهر مناسب بهينه گرديدند. سپس، مكانيزم اتصال‌دهي، استحكام اتصال و سختي نواحي مختلف در مقطع جوش مطالعه شدند. مشخصات فاز جديد تشكيل شده نيز با استفاده از ميكروسكوپ‌هاي الكتروني عبوري روبشي و با قابليت تفكيك بالا مورد بررسي قرار گرفت.

بر اساس گفته‌ خدابخشي، قفل شدن مكانيكي، با تشكيل قيدهاي ميكرو و ماكرو در كنار اتصال شيميايي فصل مشتركي ميان لايه‌هاي آلومينيم و پليمر انجماد يافته، مكانيزم‌هاي اصلي اتصال‌دهي حين فرايند جوشكاري است.

اين تحقيقات حاصل همكاري دكتر فرزاد خدابخشي- دانش آموخته‌ دانشگاه صنعتي شريف- و همكارانش در دانشگاه واترلو كانادا است كه نتايج آن در مجله‌ي Materials Characterization (جلد 98، شماره 1، سال 2014، صفحات 73 تا 82) به چاپ رسيده است.

علمي ** 9340**1599