让未来汽车更轻更安全！来看菊园科研突破→
“既要马儿跑，又要马儿少吃草”，这句话用在现代汽车制造上再贴切不过。作为当前汽车制造的主流趋势，如何把坚硬的超高强度钢和轻巧的铝合金可靠地焊接在一起，一直都是汽车在实现轻量化与保障安全性路上的一大难题。
近日，位于菊园新区“嘉定科创核”的中国科学院上海光学精密机械研究所高端光电装备部激光智能制造研发中心，在研究员杨上陆的带领下，于汽车用压铸铝与超高强钢异种金属高强度连接技术领域取得重要突破。新的研究成果已发表于国际知名期刊《材料加工技术杂志（Journal of Materials Processing Technology）》。
据介绍，铝与钢之间的物理和化学性能差异巨大，导致传统焊接时极易在铝钢界面形成脆性相，接头强度不足。“传统焊接就像让‘油’和‘水’强行混合，会在结合处产生脆弱的金属间化合物层，强度根本达不到安全要求。”杨上陆解释，“如果用自冲铆接等机械连接，超高强钢硬得像盾牌，钉子很难穿透形成接头，而压铸铝本身又‘脆’，钉子强行扎进去容易导致周围开裂，同样影响可靠性。”这道“拦路虎”使得钢铝混合车身难以经济高效地实现大规模应用，成为行业亟待突破的关键瓶颈。
此次研究基于2021年团队创新发明的“主动诱导铝飞溅激励紧固件穿刺技术”，以功能需求和焊点成型特性为导向，设计新型紧固件结构，成功实现了焊接过程中高速排铝、紧固件穿刺和可靠焊接三步协同，最终形成的高强度焊点，其牢固程度足以满足汽车最严苛的安全要求。
焊接设备和工艺示意图
值得一提的是，研究团队结合高速摄影与显微分析技术，深入研究了高电流飞溅脉冲在排铝与穿刺过程中的作用机制。“在穿刺过程中，同步排铝是关键。” 杨上陆介绍，“我们通过精确控制输入的能量和时机，实现了液态铝的‘主动’‘高速’且‘受控’排出。这就像在焊接前，为紧固件‘主动开辟’了一条直达钢板的‘洁净通道’，确保了后续焊接界面的‘纯净’和连接的高可靠性，这是以往技术难以实现的。”该策略为在紧固件与钢之间形成免受脆性相危害的连接奠定了关键基础，从而实现了压铸铝超高强钢异种金属的高强度连接，也为铝钢等异质材料连接提供了一种创新工艺与方法，具有重要的工业应用价值。
“这意味着未来我们开的车，能更好地兼顾‘轻量化’与‘高安全’这两大核心诉求。”杨上陆表示，此次研究突破为解决钢铝异质材料连接这一行业共性难题提供了极具前景的中国方案，“一旦工程化应用顺利，将直接推动更轻、更安全、性能更优的下一代汽车，特别是电动汽车的研发和量产进程。”这项由“嘉定科创核”力量引领的突破，瞄准了汽车产业发展的核心需求，为解决行业痛点、创造实际价值迈出了坚实一步。
记者、编辑：汤辰霞