Công nghệ tán đinh cho ốc vít magiê nhẹ giúp tiết kiệm nhiên liệu

Với sự ra đời của các vật liệu mới trong thế kỷ 19 và 20, đinh tán thép dần trở nên phổ biến trong một loạt các ứng dụng kết cấu khác nhau, từ các tòa nhà đến cầu, tàu quân sự cho đến máy bay. Nhưng quá trình tán đinh hầu như không diễn ra thay đổi nào. Lấy một miếng kim loại hình trụ có nắp hình nấm ở một đầu, luồn chuôi hoặc thân qua các lỗ trên hai vật liệu bạn muốn nối, sau đó dùng búa đập vào một đầu của chuôi để tạo thành đầu thứ hai kẹp chặt hai vật liệu với nhau.

Tuy nhiên, nếu cố gắng thực hiện điều này với một đinh tán magiê khiến nó có thể bị vỡ. Trong khi hợp kim magiê có độ bền cao vì trọng lượng nhẹ, magiê có xu hướng giòn ở nhiệt độ phòng. Vì vậy, thông thường, đinh tán hợp kim magiê được nung nóng để chúng đủ mềm để búa và uốn cong mà không bị gãy.

Việc làm nóng từng đinh tán chậm và tốn kém, do đó, đinh tán magiê hiếm khi được sử dụng mặc dù chúng nhẹ hơn 30% so với đinh tán nhôm được sử dụng để nối tấm kim loại magiê.

Công nghệ RHR (Rotating Hammer Riveting - Tán đinh búa xoay) do PNNL (Pacific Northwest National Laboratory - Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ) phát triển, không yêu cầu làm nóng trước các đinh tán magiê. Quá trình này, được mô tả trong Tạp chí Magiê và Hợp kim, sử dụng đinh tán magiê mà không cần gia nhiệt trước. Và nó làm như vậy nhanh hơn từ 4 đến 12 lần, đồng thời loại bỏ thời gian cần thiết để làm nóng trước đinh tán trong tán đinh va đập thông thường và mang lại những lợi ích bổ sung về cường độ nâng cao và các đặc tính chống ăn mòn.

RHR là một nhánh của hàn khuấy ma sát. Kỹ thuật này sử dụng một công cụ xoay nhỏ, được gọi là búa. Lực quay tạo ra nhiệt thông qua ma sát và biến dạng, làm mềm magiê đủ để tạo thành đầu đinh tán đồng thời trộn mặt dưới của đầu đinh tán để liên kết kim loại với tấm kim loại bên dưới. Sự hợp nhất các kim loại này tạo thành một liên kết liên tục ngăn chặn sự ăn mòn.

Trưởng nhóm nghiên cứu Tianhao Wang cho biết: “Phải mất nhiều nỗ lực để tìm ra sự cân bằng giữa tốc độ quay của chiếc búa và tốc độ đâm vào đinh tán. "Nhưng cuối cùng chúng tôi đã tìm thấy một điểm trọng yếu trong phạm vi xử lý mà đầu đinh tán không dính vào dụng cụ, cũng như không bị nứt trong quá trình RHR."

Đồng tác giả Scott Whalen lưu ý rằng RHR cũng hoạt động trên các đinh tán bằng nhôm, giống như những đinh tán được sử dụng trong máy bay. Với hàng trăm nghìn đinh tán trên mỗi máy bay thương mại - chủ yếu được làm từ hợp kim nhôm 2024 - Whalen nói rằng quy trình này có thể giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả trên dây chuyền sản xuất.

Whalen cho biết: “Sau khi được đưa vào dây chuyền sản xuất, những“ đinh tán hộp đá ”này phải được sử dụng trong vòng chưa đầy 15–30 phút, nếu không chúng sẽ trở nên quá cứng. "Tuy nhiên, RHR có thể tán đinh tán bằng nhôm 2024 sau khi chúng ở trạng thái cứng hoàn toàn, vì vậy không cần bảo quản lạnh. Điều này có nghĩa là đinh tán sẽ không còn cần được bảo quản trong tủ đông nữa.

Quá trình xử lý RHR của nhôm cực kỳ nhanh chóng. Quá trình tán đinh thông thường mất từ ​​1 đến 3 giây cho mỗi đinh tán, trong khi RHR chỉ cần 0,25 giây. Khoảng thời gian đó có thể chuyển thành 40 giờ tiết kiệm cho mỗi 100.000 đinh tán. 

RHR là một trong những công nghệ sản xuất đột phá để xử lý hợp kim kim loại và vật liệu tổng hợp đang được PNNL phát triển. Các kỹ thuật Xử lý pha rắn này liên quan đến việc làm biến dạng vật liệu mà không cần nung chảy để gia nhiệt, trộn, chế tạo và nối kim loại và các vật liệu khác. Các vật liệu tạo thành có các đặc tính đặc biệt so với các vật liệu được sản xuất bằng phương pháp sản xuất thông thường.