Современный автомобиль – это настоящий конструктор из разных металлов. Чтобы машины были безопасными и при этом экономичными, инженеры давно используют гибридные кузова: жесткую стальную ?клетку? салона для защиты людей и легкие алюминиевые панели (двери, капот, крылья), чтобы снизить общий вес.
Но именно здесь возникает главная инженерная головная боль. Когда нужно прикрепить легкую алюминиевую дверь к прочной стальной стойке или приварить стальной лонжерон к алюминиевому подрамнику, металлы начинают конфликтовать. При обычной сварке они образуют на стыке очень твердый, но хрупкий слой – так называемые интерметаллические соединения. Представьте себе цемент между двумя кусками резины: выглядит надежно, но стоит машине попасть в яму или просто завибрировать от мотора – этот шов трескается, и деталь отваливается.
Ученые из Южно-Уральского государственного университета вместе с коллегами из Китая нашли изящный выход. Они решили не просто плавить металлы током, а одновременно сильно их ?встряхивать?. В новую технологию точечной сварки добавили ультразвуковые волны мощностью около 1200 Вт. Это те же звуковые вибрации, которыми врачи чистят зубы от камня, только гораздо мощнее. В момент сварки ультразвуковая волна проходит сквозь раскаленный металл. Происходит настоящая магия: кристаллы внутри шва становятся крошечными и ровными (их размер уменьшился почти в пять раз). Те самые хрупкие прослойки, которые раньше губили конструкцию, истончились вдвое. Звук буквально выбивает из металла пузырьки воздуха, делая шов идеально плотным.
Результаты испытаний впечатляют: прочность соединений выросла вдвое, а срок службы деталей увеличился почти в два раза (в 1,9 раза). Теперь детали смогут годами выдерживать постоянные вибрации без единой трещины.
Это открывает дорогу созданию принципиально новых изделий.
Электромобили: кузов станет намного легче, а значит, машина проедет значительно дальше на одном заряде.
Самолеты: лайнеры станут легче и смогут брать больше пассажиров или багажа, экономя тонны керосина.
Строительство: появятся мосты и высотные здания, где разные металлические узлы будут держаться друг за друга крепче монолитного бетона.
Исследование опубликовано в ведущем научном издании Engineering Fracture Mechanics