科學(xué)家研發(fā)鋁合金新型制造工藝，可顯著提高產(chǎn)品的延展性

據(jù)外媒報(bào)道，美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）的研究人員展示先進(jìn)的制造工藝，利用高性能鋁合金粉，直接一步制成納米結(jié)構(gòu)鋁棒和管。研究小組采用全新固相加工方法，減去傳統(tǒng)鋁合金粉末擠壓加工的若干步驟，同時(shí)顯著提高產(chǎn)品的延展性，即材料斷裂前的拉伸距離。這對(duì)汽車等行業(yè)來說是個(gè)好消息。長期以來，航空航天領(lǐng)域一直利用由粉末制成的高性能鋁合金，制造輕量級(jí)部件。然而，對(duì)于汽車工業(yè)來說，使用這些合金的成本過高。

傳統(tǒng)鋁合金粉末擠壓工藝耗能高、工序復(fù)雜，需要多個(gè)步驟才能批量生產(chǎn)材料。首先，必須把松散的粉末裝進(jìn)罐里，然后真空抽氣，這叫做“脫氣”。接著密封罐體，熱壓，預(yù)加熱，放入擠壓機(jī)。擠出后，移除罐體或“倒空”，露出由固結(jié)粉末構(gòu)成的擠出部分。在這項(xiàng)研究中，研究小組去除很多步驟，使用剪切輔助加工和擠壓技術(shù)（簡稱ShAPE），只需一步，便可直接從粉末中擠出納米結(jié)構(gòu)鋁棒。將粉末倒入開放容器中，然后將旋轉(zhuǎn)的擠壓模具壓入粉末中，在粉末與模具的交界面產(chǎn)生熱量。該材料軟化后易于擠出，不需要罐裝、脫氣、熱壓、預(yù)熱和除罐。本例中的Al-12.4TM鋁合金粉末，由凱美拉國際材料公司的分公司SCM金屬制品公司提供。

美國研發(fā)鋁合金新型制造工藝 可顯著提高產(chǎn)品的延展性PNNL材料科學(xué)家Scott Whalen領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究。他說：“這是首次公開發(fā)表的此類實(shí)例，使用ShAPE之類單步工藝，將鋁合金粉末固化成納米結(jié)構(gòu)擠壓件。減少加工步驟和加熱過程，將大大減少生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)降低成本和產(chǎn)品內(nèi)部吸收的能量，可以幫助汽車制造商，生產(chǎn)更便宜、更輕、更省油的乘用車。”

美國研發(fā)鋁合金新型制造工藝 可顯著提高產(chǎn)品的延展性除了提供Al-12.4TM粉末，SCM金屬制品公司還進(jìn)行機(jī)械測試，驗(yàn)證擠出材料的性能。目前，PNNL和SCM金屬制品公司正在與美國能源部的技術(shù)轉(zhuǎn)型辦公室合作開發(fā)項(xiàng)目，以擴(kuò)大加工規(guī)模，實(shí)現(xiàn)更大直徑擠壓。

傳統(tǒng)高性能鋁合金通常強(qiáng)度高，但延展性差。然而，研究小組發(fā)現(xiàn)，采用ShAPE技術(shù)擠出的鋁合金，延展性明顯得到改善，是常規(guī)擠壓產(chǎn)品的二至三倍，而且強(qiáng)度相當(dāng)。為了解其中原因，研究人員采用透射電子顯微鏡，觀察粉末和擠出材料的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，ShAPE技術(shù)能夠細(xì)化非鋁材料的微小強(qiáng)化顆粒，使其尺寸縮減至納米級(jí)，并均勻分布在鋁基體上，從而提高延展性。