簡單分析應(yīng)用在BMW 7系碳纖維和金屬連接材料

碳纖維復(fù)雜的工藝處理需要具備極高水準(zhǔn)的專業(yè)技術(shù)。BMW智能輕質(zhì)結(jié)構(gòu)概念“Carbon core高強(qiáng)度碳纖維內(nèi)核”被首次應(yīng)用至全新BMW 7系，這一舉措被認(rèn)為是汽車工程領(lǐng)域的里程碑，改變了這個(gè)時(shí)代對車身輕量化技術(shù)的認(rèn)知，也意味著更佳的駕駛舒適性和更出色的動態(tài)性。




高強(qiáng)度碳纖維內(nèi)核Carbon core的應(yīng)用能夠顯著且有針對性地減少車身重量，同時(shí)又提高車輛的穩(wěn)定性。在車身扭轉(zhuǎn)剛度方面，相對于上一代車型，不僅車身重量減少130公斤，還提高了舒適度和安全性。此外，智能混合結(jié)構(gòu)和重量優(yōu)化技術(shù)，保障了從整體到每個(gè)細(xì)節(jié)的一致減重，幾乎達(dá)到完美的50:50軸載荷分布，并進(jìn)一步降低重心。





在減少了鋼材用量之后，BMW將一部分材質(zhì)用碳纖維代替，即使這些碳纖維真的在撞擊下斷掉，車子也不會散架的，對于轎車而言，這仍然是一個(gè)非常值得借鑒的好例子。

但是金屬材料與碳纖維復(fù)合材料連接需要面臨的一個(gè)很大的挑戰(zhàn)就是電化學(xué)腐蝕。



當(dāng)兩種不同的金屬通過電解質(zhì)相通時(shí)，即會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，盡管碳纖維不是金屬，但是其也是良好的導(dǎo)體，也和鋼或者鋁合金存在很大的電勢差。金屬間的腐蝕發(fā)生在金屬連接處，雖然不會腐蝕碳纖維復(fù)合材料，但是卻會侵蝕鋼和鋁合金。而且水就是最常見的電解液。

電化學(xué)腐蝕就是金屬和電解質(zhì)組成兩個(gè)電極，組成腐蝕原電池。例如鐵和氧氣，因?yàn)殍F的電極電位總比氧的電極電位低，所以鐵是負(fù)極，遭到腐蝕。特征是在發(fā)生氧腐蝕的表面會形成許多直徑不等的小鼓包，次層是黑色粉末狀潰瘍腐蝕坑陷。

所以在寶馬新7系中，碳纖維復(fù)合材料僅被用于車體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件并且干燥的區(qū)域。另外通過結(jié)構(gòu)膠，一方面實(shí)現(xiàn)不同零件粘接，同時(shí)也阻斷碳纖維和金屬材料的化學(xué)腐蝕發(fā)生路徑，從而實(shí)現(xiàn)對電化學(xué)腐蝕的防腐。



對于金屬和復(fù)合材料的連接工藝，除了結(jié)構(gòu)膠的粘接以外，還需要與物理的鉚接相結(jié)合。BMW對于多材料車身開發(fā)了不同的鏈接工藝，例如鋼和鋁合金之間的“fixed”概念，鋼和CFRP之間為“swimming”概念。



對于復(fù)合材料與金屬零件的膠結(jié)，因?yàn)椴煌N材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，所以結(jié)構(gòu)膠要具有良好的韌性。



對此，swimming工藝中我們通過增加結(jié)構(gòu)膠的厚度，來提高粘接韌性。



通過增加結(jié)構(gòu)膠的厚度，我們可以實(shí)現(xiàn)更好的伸縮補(bǔ)償量，更高的斷裂延伸率，但是粘接強(qiáng)度會有所降低，同時(shí)會增加結(jié)構(gòu)膠使用量進(jìn)而增加成本。所以需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。