美國太平洋西北國家實驗室的研究人員最近驗證了一種先進的制造工藝，可以直接從高性能鋁合金粉末生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)棒、管。采用新型固相處理方法，該研究團隊縮減了鋁合金粉末傳統(tǒng)擠壓加工過程中的幾個步驟，同時顯著提高了產(chǎn)品的延展性。這對汽車等行業(yè)來說是個好消息，因為高成本限制了粉末制高強度鋁合金在制造業(yè)中的使用。
突破常規(guī)
粉末制成的高性能鋁合金長期以來一直用于輕型部件，用于專業(yè)航空航天應(yīng)用，其成本不是限制因素。然而這些合金對于汽車工業(yè)來說太昂貴。典型的鋁合金粉末擠出工藝是高耗能和工藝密集型，需要多個步驟來批量生產(chǎn)。首先，必須將松散的粉末裝入罐中并抽成真空，這被稱為“脫氣”。然后將罐密封，熱壓，預(yù)熱，并放入擠壓機中。在擠出之后，將罐移除或“潷析”，以顯示由固結(jié)粉末制成的擠出部件。
在這項研究中，該團隊省略部分步驟，使用PNNL的剪切輔助加工和擠出技術(shù)或ShAPE?直接從粉末中擠出納米結(jié)構(gòu)鋁棒。鋁合金直接從粉末冶金、罐裝、脫氣、熱等靜壓、脫罐和鋼坯預(yù)熱中擠出。
在ShAPE?工藝中，將粉末在這種情況下，由Kymera International的分公司SCM Metal Products,Inc.提供的Al-12.4TM鋁合金粉末倒入敞口容器中。然后將旋轉(zhuǎn)擠出模頭壓入粉末中，在粉末和模頭之間的界面處產(chǎn)生熱量。該材料柔軟且易于擠出，無需罐裝、脫氣、熱壓、預(yù)熱和潷析。
“這是第一個使用ShAPE?等單步工藝將鋁合金粉末合并成納米結(jié)構(gòu)擠壓件的實例”負(fù)責(zé)該研究的PNNL材料科學(xué)家Scott Whalen說?！跋庸げ襟E和預(yù)熱需求可以大大縮短生產(chǎn)時間，降低產(chǎn)品的成本和整體嵌入能量，這對于想要制造乘用車的汽車制造商來說可能是有益的。他們可以為消費者提供更實惠，更輕便，更省油的產(chǎn)品?！?/span>
除了提供Al-12.4TM粉末外，SCM Metals Products,Inc.還進行了機械測試，以驗證所得材料的性能。PNNL和SCM Metal Products,Inc.目前正在合作開展DOE技術(shù)轉(zhuǎn)型辦公室的項目，以擴大更大直徑擠壓的工藝。
延展性
縮減加工步驟和加熱并不是團隊唯一成功的發(fā)現(xiàn)。雖然高性能鋁合金歷史上表現(xiàn)出優(yōu)異的強度，但它們通常受到延展性差的阻礙。然而，該團隊發(fā)現(xiàn)ShAPE?方法擠出的鋁合金延展性得到顯著改善，測量得到的延展性是傳統(tǒng)擠出產(chǎn)品的兩到三倍，且具有相同的強度。
為了理解延展性顯著增加的原因，使用透射電子顯微鏡來評估粉末和擠出材料的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，ShAPE?方法改進了粉末中的第二相—非鋁材料的微小強化顆粒。ShAPE?可將顆?？s小至納米級尺寸，并將其均勻分布在整個鋁基體中，從而提高延展性。
來源：材料科學(xué)與工程
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