Technológia trecieho zvárania zásobníkov batérií z horčíkovej zliatiny pre nové energetické vozidlá

Vzhľadom na čoraz výraznejšie tlaky, akými sú ochrana životného prostredia, šetrenie energiou a znižovanie emisií, uhlíková špička a uhlíková neutralita, bude nízka hmotnosť nevyhnutným trendom vo výrobe automobilov. Koncept ľahkej hmotnosti vznikol v motoršporte, jeho výhodou je, že za predpokladu zachovania bezpečnostných výkonov môže zníženie hmotnosti priniesť lepšiu ovládateľnosť a zrýchlenie; a realizácia ľahkej výroby automobilov je hlavne prostredníctvom: konštrukčného návrhu, novej aplikácie materiálov a nových materiálov sú hlavne neželezné kovy ako hliník a horčík.

Vo výrobe automobilov materiály, ako sú hliníkové zliatiny a hliníkovo-oceľové kompozitné konštrukcie, nahradili tradičné oceľové materiály v kľúčových komponentoch, zatiaľ čo zliatiny horčíka ako nový typ konštrukčného materiálu tvoria relatívne malú časť výroby automobilov. V súčasnosti každé auto v Európe a Spojených štátoch používa 5,8 – 23,6 kg dielov zo zliatiny horčíka a spotreba jedného auta v mojej krajine je menej ako 10 kg. Dôvodom je, že zložité zváranie horčíkových zliatin je kľúčovým technickým problémom, ktorý obmedzuje rozsiahle použitie automobilových dielov z horčíkových zliatin.

Dosiahnuť kvalitné zváranie horčíkových zliatin tavným zváraním je veľmi ťažké z nasledujúcich dôvodov:

1. Vzhľadom na silné oxidačné vlastnosti horčíka je ľahké vytvoriť oxidový film (MgO) počas procesu zvárania a je ľahké vytvárať inklúzie vo zvare, čím sa znižuje výkon zvaru. Pri vysokej teplote horčík tiež ľahko chemicky reaguje s dusíkom vo vzduchu za vzniku nitridu horečnatého, ktorý oslabuje výkonnosť kĺbu. 

 2. Bod varu horčíka nie je vysoký, čo spôsobí jeho ľahké odparovanie pri vysokej teplote oblúka. 

 3. Kvôli vysokej tepelnej vodivosti sa pri zváraní horčíkových zliatin používa vysokovýkonný zdroj tepla a vysokorýchlostné zváranie, ktoré ľahko spôsobí prehriatie a rast zŕn kovu v oblasti zvaru a blízko zvaru. 

 4. Koeficient tepelnej rozťažnosti horčíkovej zliatiny je veľký, čo je asi 1 až 2-krát viac ako v prípade hliníka. Je ľahké vytvoriť veľkú deformáciu zvárania počas procesu zvárania, čo spôsobuje veľké zvyškové napätie. 

 5. Keďže povrchové napätie horčíka je menšie ako povrchové napätie hliníka, je ľahké spôsobiť zrútenie zvarového kovu počas zvárania, čo ovplyvňuje kvalitu tvorby zvaru. 

 6. Podobne ako pri zváraní hliníkových zliatin sa pri zváraní horčíkových zliatin ľahko vytvárajú vodíkové otvory. Rozpustnosť vodíka v horčíku klesá s poklesom teploty a hustota horčíka je menšia ako hustota hliníka, takže plyn neuniká a pri tuhnutí zvaru sa vytvoria póry. 

 7. Zliatiny horčíka ľahko vytvárajú eutektickú štruktúru s nízkou teplotou topenia s inými kovmi a v zvarových spojoch sa ľahko vytvárajú kryštalické trhliny. Keď je teplota v spoji príliš vysoká, zlúčenina s nízkou teplotou topenia v štruktúre spoja sa roztopí na hranici zŕn a vytvorí dutiny alebo spôsobí oxidáciu na hranici zŕn, čo je takzvaný jav 'prepálenia'.