太平洋西北国家实验室的研究人员最近展示了一种新的铝合金制造工艺

作者：Mary Ann Showater，太平洋西北国家实验室

太平洋西北国家实验室的研究人员最近展示了一种先进的制造工艺，即用高性能铝合金粉末一步法直接生产纳米结构的棒和管。

采用一种新的固相处理方法，研究小组消除了传统铝合金粉末挤压加工过程中需要的几个步骤，同时也显著提高了产品的延展性（材料在断裂前能拉伸多远）。

这对汽车工业等行业来说是个好消息，因为在过去，制造成本高限制了粉末制造的高强度铝合金的使用。

该团队的研究成果发表在2019年6月出版的《Materia》杂志上的论文“粉末摩擦挤压制成的高延展性铝合金”。

走出常规挤压

由粉末制成的高性能铝合金长期以来被用于特殊航空航天应用的轻量化部件，而成本并不是一个限制因素。然而，这些合金对于汽车工业来说通常太贵了。

铝合金粉末的典型挤压工艺是能量和工艺密集型的，需要多个步骤才能批量生产材料。首先，松散的粉末必须装入一个罐中，然后用真空除去气体，这被称为“脱气”。然后将罐密封、热压、预热并放入挤压机。挤压后，将罐取出，或“倾析”，露出由固结粉末制成的挤压件。

在这项研究中，研究小组消除了许多这些步骤，使用PNNL的剪切辅助加工和挤压技术，或形状，一步一步直接从粉末中挤出纳米结构铝棒。

铝合金直接从粉末消脂罐、除气、热等静压、除罐和坯料预热中挤出

在成形过程中，将Kymera International分公司SCM Metal Products，Inc.提供的一种粉末，即铝12.4TM铝合金粉末，倒入开口容器中。然后将旋转的挤压模压入粉末中，粉末与模具之间的界面产生热量。该材料软化，易于挤出，无需装罐、脱气、热压、预热和倾析。

领导这项研究的PNNL材料科学家Scott Whalen说：“这是首次发表的铝合金粉末通过一个类似形状的单步过程被整合成纳米结构挤压件的实例。”

他补充说：“消除加工步骤和预热的需要可以大大缩短生产时间，同时降低产品的成本和整体嵌入能量，这对那些希望使乘用车更便宜、更轻、更省油的汽车制造商来说是有益的。”嗯。”

除了提供Al-12.4TM粉末外，SCM金属制品公司还进行了机械测试，以验证所得材料的性能。PNNL和SCM金属产品公司目前正在为DOE技术过渡办公室合作一个项目，以扩大大直径挤压的工艺。

延展性——是一种延伸

消除加工步骤和减少加热并不是团队唯一成功的发现。

尽管高性能铝合金在历史上表现出优异的强度，但它们通常会受到延性差的阻碍。然而，研究小组发现，通过形状产生的挤出物的延展性有了显著的改善，测量的延展性是传统挤出物的两到三倍，并且具有相同的强度。

为了了解塑性大幅度提高的原因，采用透射电子显微镜对粉末和挤压材料的微观结构进行了评估。结果表明，形状法细化了非铝材料粉末微强化颗粒中的第二相。形状将颗粒缩小到纳米尺寸，并均匀分布在整个铝基体上，从而提高延展性。

More information: Scott Whalen et al, High ductility aluminum alloy made from powder by friction extrusion, Materialia (2019). DOI: 10.1016/j.mtla.2019.100260

原文链接：https://phys.org/news/2019-06-aluminum-alloys.html

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