據(jù)外媒報道，美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)的研究人員展示先進的制造工藝，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，同時顯著提高產(chǎn)品的延展性，即材料斷裂前的拉伸距離。這對汽車等行業(yè)來說是個好消息。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，制造輕量級部件。然而，對于汽車工業(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、工序復雜，需要多個步驟才能批量生產(chǎn)材料。首先，必須把松散的粉末裝進罐里，然后真空抽氣，這叫做“脫氣”。接著密封罐體，熱壓，預加熱，放入擠壓機。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。
PNNL材料科學家Scott Whalen領(lǐng)導這項研究。他說：“這是首次公開發(fā)表的此類實例，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)時間，同時降低成本和產(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?！?/p>
除了提供Al-12.4TM粉末，SCM金屬制品公司還進行機械測試，驗證擠出材料的性能。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)項目，以擴大加工規(guī)模，實現(xiàn)更大直徑擠壓。
傳統(tǒng)高性能鋁合金通常強度高，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，而且強度相當。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)能夠細化非鋁材料的微小強化顆粒，使其尺寸縮減至納米級，并均勻分布在鋁基體上，從而提高延展性。
