MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017164497
■00520250211153009
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798384044635
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31631438
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham005575
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a547
■1001  ▼aKhan,  Abdul  Sayeed.
■24510▼aAdvanced  Solid-State  Dissimilar  Material  Joining  and  Additive  Manufacturing  for  Enabling  Multi-Material  Lightweight  Structures
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a200  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  A.
■500    ▼aAdvisor:  Dong,  Pingsha.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2024.
■520    ▼aMulti-material  lightweight  structures  by  "using  the  right  material  at  the  right  place"  have  become  increasingly  important  for  ensuring  environmental  sustainability.  Conventional  mechanical  fastening  and/or  adhesive  bonding  processes  can  be  inefficient,  unreliable,  and  time-consuming,  therefore  unable  to  take  full  advantage  of  multi-material  structures  and  emerging  advanced  manufacturing  processes,  such  as  additive  manufacturing  (AM).  Due  to  material  incompatibility  between  some  of  the  dissimilar  material  combinations,  e.g.,  between  aluminum  alloy  and  steel  or  between  polymer  composite  and  metal,  there  have  been  major  challenges  in  achieving  direct  welding  or  joining.  For  instance,  fusion-based  dissimilar  metal  joining  or  AM,  e.g.,  between  aluminum  alloy  and  steel,  introduces  brittle  intermetallic  compounds  (IMCs)  between  the  aluminum-steel  interface,  which  can  cause  severe  cracking  and  galvanic  corrosion  or  stress  corrosion  cracking.  However,  there  have  been  some  promising  developments  over  the  recent  years.  Some  solid-state  dissimilar  material  joining  and  AM  processes,  e.g.,  friction-based  processes  for  producing  direct  bonding  between  dissimilar  metals,  e.g.,  between  aluminum  alloy  and  steel  and  between  polar  polymer  (PA66)  and  aluminum,  and  friction-based  solid-state  additive  manufacturing  (additive  friction  stir  deposition  or  AFSD).  However,  the  direct  joining  between  non-polar  polymer  (such  as  polypropylene  or  PP)  and  metal  and  suppression  of  IMCs  for  improving  corrosion  resistance  in  bimetallic  joints  is  still  not  achieved.  The  solid-state  additive  manufacturing  method  available  to  date  (e.g.,  AFSD)  imparts  severe  compression  force  and  overheats  the  substrate,  making  the  process  challenging  for  relatively  thin  substrates  and safety-critical  applications.In  this  research,  solid-state  friction-based  dissimilar  material  direct  joining  and  additive  manufacturing  methods  are  investigated.  Using  the  friction-based  solid-state  method,  it  first  achieved  a  novel  metal  to  hard-to-weld  polypropylene  (PP)  composite  direct  joining  using  a  functionally  active  interface  modulator  insert  layer  under  localized  temperature  and  pressure  conditions.  Utilizing  carbon-oxygen-aluminum  (C-O-Al)  type  covalent  bonding  between  aluminum  alloy  and  polypropylene  composite,  it  eliminated  fasteners  and  adhesives  for  a  robust  joint  stronger  than  the  base  composite  material.  Subsequently,  it  utilized  previously  discovered,  nanoscale  shear  localization-induced  amorphization  (NSLIAA)  to  join  thin  gauge  aluminum  to  steel  materials  directly  under  controlled  friction  spot  joining  configuration  for  the  suppression  of  IMCs  and  increased  corrosion  resistance.It  has  then  demonstrated  a  novel  friction-based  solid-state  metal  additive  manufacturing  method  to  enable  melt-less  dissimilar  material  additive  manufacturing  of  metals  and  alloys  directly  at  a  large  scale  without  solidification  defects  and  minimal  substrate  compression  force-induced  instabilities.  It  was  termed  SoftTouch  AMTM  due  to  its  low  temperature  and  low  compression  force  features  and  defined  as  an  additive  friction  extrusion  deposition  (AFED)  process  due  to  its  friction-based  extrusion  and  additive  processing  features.  SoftTouch  AMTM  utilizes  super-plasticity  to  soften  the  feedstock  in  two  steps,  eliminating  the  need  for  direct  contact  between  substrate  and  feedstock  and  providing  grain  refinement  and  severe  cold  working  (severe  plastic  deformation)  below  the  melting  temperatures  of  metallic  materials.  It  avoids  using  pricy  powders  and  is  fully  capable  of  utilizing  off-the-shelf  metallic  bars  as  feedstock.  It  has  proven  crucial  for  future  demands  of  large-area  additive  manufacturing,  energy  sectors,  and  sustainability.With  the  above  accomplishments,  the  following  describes  the  major  intellectual  merits  and  broad  engineering  impacts  of  this  research:•  It  proposed  a  new  carbon-oxygen-metal  or  C-O-M  type  covalent  bond  formation  mechanism  between  non-polar  polypropylene  composite  and  metals  through  an  intermediary  functional  layer.•  Discovered  a  mechanistic  description  that  if  the  amorphous  phase  is  present  at  the  Al/Steel  joining  interface,  then  the  electrolytic  ions  from  the  corrosive  media  are  not  able  to  penetrate  the  amorphous  phase,  which  occurs  through  the  grain  boundaries  in  crystalline  intermetallic  compounds.•  Developed  novel  SoftTouch  AMTM  process  concepts  and  laboratory  implementation  for  consistent  solid-state  deposition  of  aluminum  to  aluminum,  aluminum  to  stainless  steel,  carbon  steel  to  carbon  steel,  and  stainless  steel  to  carbon  steel,  which  potentially  offers  rapid  large-area  solid-state  additive  manufacturing  of  similar  and  dissimilar  material  systems.•  Introduced  a  novel  modular  multi-material  insert  die  design  and  rotational  stability  requirements  in  the  SoftTouch  AMTM  system  for  achieving  consistent  solid-state  deposition  of  aluminum  to  aluminum,  aluminum  to  stainless  steel,  and  stainless  steel  to  carbon  steel.The  dissimilar  material  direct  joining  discovered  during  this  research  provides  process  development  platforms  for  automotive  lightweighting.  It  is  intended  to  support  the  Department  of  Energy's  (DOE)  multi-material  lightweight  vehicle  (MMLV)  initiatives  in  the  coming  years.  It  will  further  enable  using  metal  to  hard-to-weld  polymer  dissimilar  and  aluminum  to  steel-type  bi-metallic  pairs  in  severe  and  harsh  environmental  conditions  without  significantly  losing  structural  strength.  The  research  work  was  supported  by  the  National  Science  Foundation  (NSF  -  CMMI  -  2126163)  and  the  Electric  Power  Research  Institute  (EPRI)  and  is  intended  for  multi-material  structural  lightweighting  and  rapid,  defect-free,  large-area  solid-state  additive  manufacturing  for  diverse  industrial  applications,  including  light  water  reactor  (LWR)  and  energy  sectors  for  sustainability.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aPolymer  chemistry
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aIndustrial  engineering
■650  4▼aSustainability
■653    ▼aStructural  lightweighting
■653    ▼aAdditive  manufacturing
■653    ▼aAutomotive  corrosion
■653    ▼aIntermetallic  compounds
■653    ▼aBrittle  intermetallic  compounds
■690    ▼a0548
■690    ▼a0794
■690    ▼a0495
■690    ▼a0640
■690    ▼a0546
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bNaval  Architecture  &  Marine  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03A.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164497▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books