روش ابداعی محققان ایرانی برای اتصال قطعات فلزی به پلیمری

به گزارش دنیای معدن، دکتر فرزاد خدابخشی، دانش آموخته ی دانشگاه صنعتی شریف و محقق طرح اظهار کرد: سازندگان خودرو همواره به دنبال ساخت وسایلی سبک تر، ایمن تر و با سازگاری محیطی بالاتر هستند. استفاده از آلیاژهای آلومینیوم و قطعات پلیمری و ترکیب آن ها، دستیابی به این امر را امکان پذیر کرده است. بنابراین برای تولید سازه های پیچیده از این مواد، بحث اتصال آن ها مطرح خواهد بود.

وی ادامه داد: در این راستا اتصال نامتجانس میان فلز و پلیمر می تواند خواص مختلف آن ها را به گونه ای که ماده ی ترکیبی تولیدی دارای کارکرد ساختاری میانه ای از هر کدام از اجزاء به صورت جداگانه باشد، ترکیب کند. برای مثال، بهبود کارایی وزن به استحکام در اجزای حمل ونقل یکی از مزایای اصلی اتصال پلیمر- فلز است.

محقق طرح خاطرنشان کرد: نتایج این طرح مشکل اتصال دهی نامتجانس قطعاتی از جنس آلیاژهای آلومینیم به قطعات پلیمری ترموپلاستیک را برطرف می کند. در این طرح فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به عنوان روشی پربازده تر در مقایسه با اتصال دهی شیمیایی چسبی یا مکانیکی با پیچ و پرچ مطرح شده است. همچنین، عوامل و شرایط فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی جهت دست یابی به اتصالی با ظاهر و خواص مناسب میان آلیاژ آلومینیوم 5059 و پلی اتیلن چگالی بالا بهینه شده است. این تحقیق اولین گزارش بر روی اتصال دهی اصطکاکی اغتشاشی نامتجانس آلومینیوم- پلی اتیلن و یا به طور کلی تر فلز- پلیمر است.

خدابخشی، در خصوص اهمیت انجام این پژوهش گفت: به دلیل تفاوت زیاد خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی پلیمرها و فلزات، اعمال روش های مرسوم جوشکاری برای اتصال این مواد غیرممکن است. به طور خیلی ساده محدوده ی دمایی مورد نیاز جهت دستیابی به اختلاط با ماده ی فلزی سخت تر حین جوشکاری، سبب نرم شدن، اکسیداسیون و از بین رفتن پلیمر می شود. بنابراین، نیاز به ابداع روش اتصال دهی جدیدی در حالت جامد است. در میان روش های مختلف اتصال دهی حالت جامد، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی روشی سازگار با توانایی بالا جهت اتصال مواد غیرهمجنس با خواص کاملاً متفاوت (فلزات و غیرفلزات) است.

به گفته ی این محقق، اتصال دهی نامتجانس حالت جامد آلیاژ آلومینیوم به پلی اتیلن، به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی سبب افزایش قابل ملاحظه ای در سرعت تولید در مقایسه با روش های اتصال دهی شیمیایی بر پایه ی چسب یا مکانیکی بر پایه ی پیچ و پرچ شده است. به تبع این امر کاهش هزینه و کاهش قیمت تمام شده محصول عملی می شود و همچنین می تواند سبب کاهش آلودگی و کاهش اثرات جانبی نیز شود.

خدابخشی تصریح کرد: با بررسی طرح های اتصال و پارامترهای جوشکاری مختلف مشخص شده که جوش اصطکاکی اغتشاشی با ظاهری مناسب و بدون عیب، با استفاده از طرح اتصال سر به سر قابل دستیابی است. در این مطالعات مشاهده شده که تشکیل لایه ای نیمه کریستالی با ضخامتی حدود 30 نانومتر از فاز آلومینای کوراندوم در فصل مشترک زمینه های آلومینیومی و پلیمری نقش بسزایی در اتصال دهی این مواد نامتجانس دارد.

محقق طرح چگونگی روند این تحقیق گفت: در روند این تحقیقات ابتدا پارامترهای فرایندی از قبیل سرعت چرخشی و انتقالی و طرح و هندسه ی ابزار جهت دستیابی به جوشی عاری از عیب با ظاهر مناسب بهینه شدند. سپس، مکانیزم اتصال دهی، استحکام اتصال و سختی نواحی مختلف در مقطع جوش مطالعه شدند. مشخصات فاز جدید تشکیل شده نیز با استفاده از میکروسکوپ های الکترونی عبوری روبشی و با قابلیت تفکیک بالا مورد بررسی قرار گرفت.

خدابخشی یادآور شد: قفل شدن مکانیکی، با تشکیل قیدهای میکرو و ماکرو در کنار اتصال شیمیایی فصل مشترکی میان لایه های آلومینیوم و پلیمر انجماد یافته، مکانیزم های اصلی اتصال دهی حین فرایند جوشکاری است.

نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری دکتر فرزاد خدابخشی، دانش آموخته ی دانشگاه صنعتی شریف و همکارانش در دانشگاه واترلو کشور کانادا است، در مجله ی Materials Characterization به چاپ رسیده است.