Adam Powell是伍斯特理工學院機械工程系的副教授,獲得了美國能源部能效和可再生能源汽車技術辦公室(Department of Energy’s Office of Energy Efficiency and Renewable Energy’s Vehicle Technologies Office)為該項研究提供的150萬美元、為期三年的資助。作為牽頭機構,WPI會獲得75萬美元的資金,而橡樹嶺國家實驗室(ORNL)和太平洋西北國家實驗室(PNNL)會瓜分剩余資金。麥格納公司也會以非現金方式,為該項目提供時間和材料幫助。
Powell教授表示,汽車行業正尋求減少汽車和卡車的重量,同時要維持汽車的使用壽命。實現該目標的方法之一是使用先進的輕質材料,如鋁和鎂合金。研究人員目前正在測試一種新型焊接方法 - 摩擦攪拌焊,看看是否可以減少鋁鎂合金接頭處的腐蝕。目前,任何不同金屬間直接接觸的接頭都容易受到接觸腐蝕(galvanic corrosion)的影響。
根據該項研究計劃,全球出行技術公司兼輕量化汽車結構領域的領軍企業麥格納將向負責焊接材料的PNLL提供鋁和鎂金屬。然后,PNNL將焊接好的部件運到WPI,由WPI進行腐蝕和機械測試。隨后,WPI將大部分的測試樣品寄到ORNL,后者負責對焊接接頭進行高級分析。之后,WPI會進行計算機模擬,Powell教授表示:“試圖了解腐蝕與機械斷裂如何一起發揮作用。”
目前,WPI正在實驗室利用一種稱為循環腐蝕試驗箱(cyclic corrosion test chamber)的設備進行一系列試驗,該試驗箱大約3英尺高,類似于一個日光浴床。Powell教授與研究組將焊接接頭較小的部分(看起來像餐燭)排列好,放在試驗箱中。然后,將此類焊接接頭暴露在各種腐蝕性的環境中,如鹽霧、高達140華氏度的高溫以及高濕度環境中。
Powell教授表示:“我們將焊接接頭暴露在各種環境中,加速腐蝕過程,模擬車輛的生命周期,正是在不同環境中才導致腐蝕加速。WPI的目標是利用計算機模擬,顯示此類焊接接頭即使在新英格蘭地區的嚴酷冬季,還是能夠持續使用20年。”
然后,汽車公司可以利用模擬進行虛擬實驗,預測汽車在15至20年使用壽命期間的腐蝕情況。基于經過驗證的模型,研究人員可以設計出低成本、堅固的焊接接頭,以用于超輕質車門以及多種車身應用。
在研究的第一年,Powell和同事將在試驗箱中,了解鎂和鋁擴散結合接頭的腐蝕行為。在第二年,他們計劃在計算機上模擬摩擦攪拌焊制成的接頭的腐蝕和機械斷裂情況。在最后一年,他們希望制造出更加精確的模型。
Powell和研究小組進行該項研究的目的是表明,新型焊接工藝可以制成由兩件不同金屬打造的耐用部件,從而帶來很多好處,如讓車輛更輕、減少汽油動力汽車的燃油消耗、增長電動汽車的續航里程等。(文中圖片均來自伍斯特理工學院)