Kohlenstoffnanoröhren zur Verstärkung von Metallverbindungen
Im Rahmen des Projekts SAFEJOINT (Enhancing structural efficiency through novel dissimilar material joining techniques) verbesserten Forscher über die Einführung von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs) die Verbindungsherstellung. Es wurden ebenfalls Probleme hinsichtlich der zerstörungsfreien Prüfung (non-destructive inspection, NDI) von haftenden Verbindungen adressiert. Das SAFEJOINT-Team untersuchte unterschiedliche Möglichkeiten zur Einführung von MWCNTs in die Verbindungslinie zwischen Metall und Polymerverbundwerkstoff. Unter den Verfahren erwies sich das elektrophoretische Beschichten (electrophoretic deposition, EPD), welches die elektrische Leitfähigkeit von MWCNTs nutzt, als geeignet für die Anbringung an das Faserverstärkungsnetz. Die Dispersion der Nanoröhren in Klebharzen zeigte bei einigen Harzen eine Art Katalysatorwirkung, sodass die Aushärtezeit deutlich reduziert werden könnte. Die Forscher bestimmten die optimale MWCNT-Harz-Zusammensetzung, um die Bruchfestigkeit für jedes dieser Harze zu verbessern. Als nächstes war der Fokus von SAFEJOINT das Reibrührschweißen. Das Reibrührschweißen ist eine Solid-State-Technik zum Verbinden unterschiedlicher Metalle, die anstelle einer externen Wärmequelle auf der Wärme basiert, die aufgrund der Reibung zwischen einem rotierenden Werkzeug und einem der Metalle erzeugt wird. Das zweite Metall wird unter Verwendung von mechanischem Druck mit diesem verbunden. Die Forscher experimentierten mit Aluminiumlegierungen als Basismetallen. Kohlenstoffnanoröhren wurden als verstärkendes Füllmaterial in der Rührzone verwendet, um Verbindungen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften bspw. in Bezug auf die Ermüdungsstärke zu schaffen. Hybride organisch-anorganische Beschichtungen wurden zudem eingeführt, um unterschiedliche Verbindungen mit verbesserten Korrosionseigenschaften herzustellen. Schließlich wurde eine neue NDI-Technik entwickelt und jeweils an Metall-Metall- und Metall-Verbundwerkstoff-Verbindungen getestet. Im Hinblick auf Pulsechoprüfungen mithilfe gebündelter Transducer wurden neue Signalverarbeitungstechniken implementiert, um den Einfluss komplexer Geometrien bei dem aufgezeichneten Signal zu eliminieren. Die SAFEJOINT-Verbindungstechniken eröffnen die Möglichkeit für eine großflächige Verwendung von Verbindungen aus unterschiedlichem Material in hochleistungsfähigen, leichten Strukturen für den Transportsektor, um den Kraftstoffverbrauch und die damit verbundenen Emissionen zu senken. Dies wird sowohl der Industrie als auch der Umwelt zugutekommen.
Schlüsselbegriffe
Kohlenstoffnanoröhren, SAFEJOINT, zerstörungsfreie Prüfung, haftende Verbindungen, Aluminiumlegierungen, Signalverarbeitung
