新型铝合金制造工艺问世 一步成形并提高延展性

(图源：PNNL官网)

盖世汽车讯 据外媒报道，美国太平洋西北国家实验室（PNNL）的研究人员展示先进的制造工艺，利用高性能铝合金粉，直接一步制成纳米结构铝棒和管。研究小组采用全新固相加工方法，减去传统铝合金粉末挤压加工的若干步骤，同时显著提高产品的延展性，即材料断裂前的拉伸距离。这对汽车等行业来说是个好消息。长期以来，航空航天领域一直利用由粉末制成的高性能铝合金，制造轻量级部件。然而，对于汽车工业来说，使用这些合金的成本过高。

传统铝合金粉末挤压工艺耗能高、工序复杂，需要多个步骤才能批量生产材料。首先，必须把松散的粉末装进罐里，然后真空抽气，这叫做“脱气”。接着密封罐体，热压，预加热，放入挤压机。挤出后，移除罐体或“倒空”，露出由固结粉末构成的挤出部分。在这项研究中，研究小组去除很多步骤，使用剪切辅助加工和挤压技术（简称ShAPE），只需一步，便可直接从粉末中挤出纳米结构铝棒。将粉末倒入开放容器中，然后将旋转的挤压模具压入粉末中，在粉末与模具的交界面产生热量。该材料软化后易于挤出，不需要罐装、脱气、热压、预热和除罐。本例中的Al-12.4TM铝合金粉末，由凯美拉国际材料公司的分公司SCM金属制品公司提供。

PNNL材料科学家Scott Whalen领导这项研究。他说：“这是首次公开发表的此类实例，使用ShAPE之类单步工艺，将铝合金粉末固化成纳米结构挤压件。减少加工步骤和加热过程，将大大减少生产时间，同时降低成本和产品内部吸收的能量，可以帮助汽车制造商，生产更便宜、更轻、更省油的乘用车。”

除了提供Al-12.4TM粉末，SCM金属制品公司还进行机械测试，验证挤出材料的性能。目前，PNNL和SCM金属制品公司正在与美国能源部的技术转型办公室合作开发项目，以扩大加工规模，实现更大直径挤压。

传统高性能铝合金通常强度高，但延展性差。然而，研究小组发现，采用ShAPE技术挤出的铝合金，延展性明显得到改善，是常规挤压产品的二至三倍，而且强度相当。为了解其中原因，研究人员采用透射电子显微镜，观察粉末和挤出材料的微观结构。结果表明，ShAPE技术能够细化非铝材料的微小强化颗粒，使其尺寸缩减至纳米级，并均匀分布在铝基体上，从而提高延展性。