En aluminiumlegering som utvecklades på 1940-talet har länge varit lovande för användning inom biltillverkning, förutom ett viktigt hinder. Även om den är nästan lika stark som stål och bara en tredjedel väger, det är nästan omöjligt att svetsa ihop med den teknik som vanligtvis används för att montera karosspaneler eller motordelar.

Det beror på att när legeringen värms upp under svetsning, dess molekylära struktur skapar ett ojämnt flöde av dess beståndsdelar – aluminium, zink, magnesium och koppar – vilket resulterar i sprickor längs svetsen.

Nu, ingenjörer vid UCLA Samueli School of Engineering har utvecklat ett sätt att svetsa legeringen, känd som AA 7075. Lösningen:infusion av titankarbidnanopartiklar – partiklar så små att de mäts i enheter lika med en miljarddels meter – i AA 7075 svetstrådar, som används som fyllnadsmaterial mellan delarna som sammanfogas. En artikel som beskrev förskottet publicerades i Naturkommunikation .

Med den nya metoden, forskarna producerade svetsfogar med en draghållfasthet upp till 392 megapascal. (Som jämförelse, en aluminiumlegering känd som AA 6061 som används ofta i flygplan och bildelar, har en draghållfasthet på 186 megapascal i svetsade fogar.) Och enligt studien, värmebehandlingar efter svetsning, kan ytterligare öka styrkan hos AA 7075 leder, upp till 551 megapascal, vilket är jämförbart med stål.

Eftersom den är stark men lätt, AA 7075 kan hjälpa till att öka ett fordons bränsle- och batterieffektivitet, så det används redan ofta för att bilda flygplanskroppar och vingar, där materialet vanligtvis är sammanfogat med bultar eller nitar snarare än svetsat. Legeringen har också använts för produkter som inte kräver sammanfogning, som smartphoneramar och bergsklättrande karbinhakar.

Men legeringens motståndskraft mot svetsning, specifikt, till den typ av svetsning som används vid biltillverkning, har hindrat den från att bli allmänt antagen.

"Den nya tekniken är bara en enkel twist, men det skulle kunna tillåta utbredd användning av denna höghållfasta aluminiumlegering i massproducerade produkter som bilar eller cyklar, där delar ofta sätts ihop, " sa Xiaochun Li, UCLA:s Raytheon Professor of Manufacturing och studiens främsta utredare. "Företag kan använda samma processer och utrustning som de redan har för att införliva denna superstarka aluminiumlegering i sina tillverkningsprocesser, och deras produkter kan vara lättare och mer energieffektiva, samtidigt som de behåller sin styrka."

Forskarna arbetar redan med en cykeltillverkare på prototypcykelramar som skulle använda legeringen; och den nya studien tyder på att nanopartikelinfunderade tillsatstrådar också kan göra det lättare att sammanfoga andra svårsvetsade metaller och metallegeringar.