Een al sinds de jaren veertig bekende aluminiumlegering zou eigenlijk ideaal zijn voor de automobielindustrie, want AA 7075 (Aluminum Alloy) is bijna even sterk, maar wel drie keer zo licht als staal. Maar helaas is het lassen van dit materiaal bij carrosserie- of motoronderdelen bijna onmogelijk. Tot nu toe...

De oorzaak van het probleem bij het lassen is, dat bij het verhitten van de legering tijdens het lassen de bestanddelen (aluminium, zink, magnesium en koper) van de moleculaire structuur op een verschillende manier gaan vloeien, waardoor scheuren ontstaan langs de lasnaad.
Nu hebben de ingenieurs van de Samueli School of Engineering aan de UCLA (University of California, Los Angeles) een nieuwe werkwijze ontwikkeld, waarmee de lasnaden een heel goede stevigheid kunnen bereiken. De oplossing was om aan de uit AA 7075 bestaande lasdraad titaniumcarbide-nanodeeltjes met diameters van enkele micrometers toe te voegen.

Resultaten

Met de verbeterde lasdraad bleken lasverbindingen met een trekvastheid van maximaal 392 Megapascal te realiseren. Ter vergelijking: met het in de voertuig- en vliegtuigbouw veel toegepaste en duidelijk zwakkere materiaal AA 6061 wordt een trekvastheid van niet meer dan 186 Megapascal gehaald in lasverbindingen. Volgens de onderzoekers kan bovendien een additionele warmtebehandeling na het lassen de trekvastheid van AA-7075-lasnaden verhogen tot maximaal 551 Megapascal, waardoor met de nieuwe werkwijze een met staal vergelijkbare sterkte wordt bereikt bij een duidelijk kleiner gewicht.
 
Van links naar rechts: student Maximilian Sokoluk, werktuigbouwkundige Travis Widick (met een fietsframe gemaakt van AA 7075) en Professor Xiaochun Li. Afbeelding: Kenny Stadelmann/UCLA

Omdat AA 7075 heel sterk en licht tegelijk is, is het ideaal voor het bouwen van voer- en vliegtuigen, waardoor het brandstofverbruik duidelijk kan worden verminderd. Ook nu wordt AA 7075 al dikwijls gebruikt voor vliegtuigrompen en -vleugels, maar dan moet het materiaal door schroeven of nieten in plaats van door lassen worden verbonden. Ook bij frames voor smartphones en klim-karabijnhaken is het materiaal al gebruikt. De problemen bij het lassen hebben tot nu toe een brede inzet in de automobielindustrie onmogelijk gemaakt.

Voertuigen

Dankzij de nieuwe lastechniek is nu misschien ook een brede toepassing van deze zeer sterke aluminiumlegering in serieproducten zoals auto’s of fietsen mogelijk. Er zijn bij de fabricage vrijwel geen veranderingen nodig om deze zeer sterke en lichte aluminiumlegering in het maakproces te integreren. Dan zullen met AA 7075 lichtere en tegelijk stabielere producten te realiseren zijn.
Zoals te zien is in de bovenstaande afbeelding, is er al een samenwerking met een rijwielfabrikant, die heeft geleid tot een prototype van een fietsframe op basis van AA 7075. Bovendien wijzen de eerste onderzoeken erop, dat het toevoegen van nanodeeltjes aan lasdraden op bij andere moeilijk lasbare metalen en legeringen leidt tot stabielere lasnaden.

Bron: UCLA