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納米結構棒、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擠壓加工過程中的幾個步驟，同時顯著提高了產品的延展性。這對汽車等行業來說是個好消息，因為高成本限制了粉末制高強度鋁合金在制造業中的使用。該研究成果發表在Materialia上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589152919300560?via%3Dihub

突破常規

粉末制成的高性能鋁合金長期以來一直用于輕型部件，用于專業航空航天應用，其成本不是限制因素。然而這些合金對于汽車工業來說太昂貴。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。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或ShAPE?直接從粉末中擠出納米結構鋁棒。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。然后將旋轉擠出模頭壓入粉末中，在粉末和模頭之間的界面處產生熱量。該材料柔軟且易于擠出，無需罐裝、脫氣、熱壓、預熱和潷析。

“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構擠壓件的實例”負責該研究的PNNL材料科學家Scott Whalen說。關注材料科學與工程微信公眾號，獲取更多知識。“消除加工步驟和預熱需求可以大大縮短生產時間，降低產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，更省油的產品。”

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技術轉型辦公室的項目，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現。雖然高性能鋁合金歷史上表現出優異的強度，但它們通常受到延展性差的阻礙。然而，該團隊發現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擠出產品的兩到三倍，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構。結果表明，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?可將顆粒縮小至納米級尺寸，并將其均勻分布在整個鋁基體中，從而提高延展性。