超高強度鋁合金的案例
【論文介紹】航空鋁合金代次劃分特點及第五代800 MPa級超高強度鋁合金的時效析出特點
超高強度鋁合金是第五代航空鋁合金的重要組成部分，采用理論計算、模擬、實驗相結(jié)合的方式，進行特征微結(jié)構(gòu)精確調(diào)控，超高強度鋁合金在保持良好綜合性能的前提下，針對承受壓縮載荷的支撐梁、桁條等高剛度、高強度需求部位，進一步提升合金強度至700 MPa以上。
研究內(nèi)容
針對合金化元素總含量不超過17%（質(zhì)量分數(shù)），目標強度800 MPa級的超高強度鋁合金，基于前期的合金成分熱力學(xué)及動力學(xué)計算，在中試條件下開展型材制備及時效工藝研究，為工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用提供參考。
研究結(jié)果
110 ℃時效初期，合金強度隨著時效時間迅速升高，伸長率逐漸下降，強度在時效24 h時達到峰值，并隨著時效時間的延長基本保持穩(wěn)定；140 ℃時效時，合金時效響應(yīng)很快，2 h后強度達到峰值，而后隨著時效時間的延長，合金強度逐漸下降，伸長率緩慢上升。
綜合考慮強度、伸長率等因素，合金適宜的時效工藝為110 ℃/（24~96）h。優(yōu)選推薦參數(shù)為110 ℃/24 h。此時，合金的抗拉強度，屈服強度和伸長率分別為808，785 MPa和6.9%。
展開 【論文介紹】航空鋁合金代次劃分特點及第五代800 MPa級超高強度鋁合金的時效析出特點
超高強度鋁合金是第五代航空鋁合金的重要組成部分，采用理論計算、模擬、實驗相結(jié)合的方式，進行特征微結(jié)構(gòu)精確調(diào)控，超高強度鋁合金在保持良好綜合性能的前提下，針對承受壓縮載荷的支撐梁、桁條等高剛度、高強度需求部位，進一步提升合金強度至700 MPa以上。
研究內(nèi)容
針對合金化元素總含量不超過17%（質(zhì)量分數(shù)），目標強度800 MPa級的超高強度鋁合金，基于前期的合金成分熱力學(xué)及動力學(xué)計算，在中試條件下開展型材制備及時效工藝研究，為工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用提供參考。
研究結(jié)果
110 ℃時效初期，合金強度隨著時效時間迅速升高，伸長率逐漸下降，強度在時效24 h時達到峰值，并隨著時效時間的延長基本保持穩(wěn)定；140 ℃時效時，合金時效響應(yīng)很快，2 h后強度達到峰值，而后隨著時效時間的延長，合金強度逐漸下降，伸長率緩慢上升。
綜合考慮強度、伸長率等因素，合金適宜的時效工藝為110 ℃/（24~96）h。優(yōu)選推薦參數(shù)為110 ℃/24 h。此時，合金的抗拉強度，屈服強度和伸長率分別為808，785 MPa和6.9%。
展開 劉錦川院士《Science》：超高強度+高塑性合金！
近日，由國際著名材料科學(xué)家香港城市大學(xué)劉錦川院士領(lǐng)銜的學(xué)術(shù)團隊與香港理工大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院金屬研究所和中南大學(xué)合作，報道了一種新型高強度高塑性的超合金。相關(guān)成果以題為“Multicomponent intermetallic nanoparticles and superb mechanical behaviors of complex alloys”發(fā)表在《Science》上。
論文鏈接：
http://science.sciencemag.org/content/362/6417/933
由于強度和塑性的矛盾關(guān)系，開發(fā)具有高強度和高塑性的先進材料一直是一項富有挑戰(zhàn)的研究。例如，近期北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊打破人們對傳統(tǒng)間隙固溶強化的認知，發(fā)現(xiàn)間隙原子的添加不僅能提高合金的強度，也能大幅度提高合金的塑性，并提出了一種設(shè)計高強度高塑性金屬材料的新的合金設(shè)計思路。國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Nature》11月14日在線發(fā)表了呂昭平教授團隊繼去年超高強鋼后又一突破性研究進展。詳情點擊→北科大呂昭平又發(fā)《Nature》！同時提高強度和塑性。
劉錦川團隊以塑性無序多組分基體FCC型Fe-Co-Ni和塑性有序的多組分Ti-Al金屬間化合物納米顆粒進行復(fù)合，實現(xiàn)了強度與塑性的平衡。基于這一原理，研究團隊設(shè)計了一系列超合金，其中 (FeCoNi)86-Al7Ti7 (Al7Ti7) 合金室溫拉伸斷裂強度超過1500MPa，延伸率仍高達50%。
展開 屈服強度500Mpa，德國EOS推出高強度3D打印鋁合金材料
△EOS新推出的鋁Al2139 AM 3D打印的輪架（來源：EOS）
2021年11月23日，南極熊獲悉，德國工業(yè)級3D打印機制造商EOS宣布在金屬3D打印材料中增加一種新材料，可以 "大大減少零件重量"，并能夠?qū)崿F(xiàn) "更有成本效益的生產(chǎn)"。
EOS Aluminium Al2139 AM據(jù)說是EOS公司迄今為止強度最高的鋁合金，將于2022年初用于EOS M 290平臺，其他EOS DMLS系統(tǒng)也將隨之推出。
這種材料在高達200oC的高溫下具有高性能，具有良好的耐腐蝕性，并具有更高的強度特性，允許用戶在不影響強度的情況下生產(chǎn)更輕的零件，EOS稱這一特性將吸引航空、運輸、賽車和太空行業(yè)的制造商。
這種材料可以使用單步熱處理工藝，EOS說這種工藝可以為企業(yè)節(jié)省高達88%的主動熱處理時間。經(jīng)過熱處理后，Al2139 AM可達到約500Mpa的屈服和抗拉強度，部件可以進行電拋光和陽極氧化處理。
EOS金屬材料公司高級副總裁Sascha Rudolph說："我們一直在努力提高客戶制造的零件性能，同時減少所需的材料數(shù)量并簡化生產(chǎn)流程。EOS鋁Al2139 AM是這些努力的結(jié)晶，將新材料創(chuàng)新掌握在制造商手中。"
這一消息是在上周的Formnext展會上宣布的，此外，EOS還收購了奧地利金屬材料公司Metalpine的股份，以共同開發(fā)環(huán)保型金屬粉末。
展開 
金屬頂刊《Acta Materialia》：新方法，實現(xiàn)鋁合金強度巨大提升！
隨著交通運輸工具的增加，CO2排放量不斷增大，推動了高強輕質(zhì)鋁合金在汽車上的發(fā)展應(yīng)用。這類材料面臨的一個主要挑戰(zhàn)是成形性和強度之間的權(quán)衡。Al-Mg合金（5XXX系）由于其高的均勻延伸率和加工過程中的應(yīng)變硬化性，在嚴重變形部件中得到廣泛應(yīng)用。在5XXX鋁合金中添加合金元素是常用的提升強度方法，已有研究表明添加Cu和Zn能夠產(chǎn)生有益的影響，預(yù)變形也被證實對鋁合金有一定增強，但是還缺乏硬化過程中力學(xué)行為演化的研究。
奧地利里奧本大學(xué)等單位的研究人員主要針對Al-Mg-Zn合金，提出了一種新的能夠在工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)的熱機械加工工藝，包括短期預(yù)時效(100℃×3h)及預(yù)變形處理(2%)，達到了迄今為止最大的硬化提升(184MPa)，強度達到410MPa。相關(guān)論文以題為“Giant hardening response in AlMgZn(Cu) alloys”發(fā)表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia。
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論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.116617
本研究使用的基礎(chǔ)鋁合金為ENAW-5182，添加Zn和Zn+Cu(以下簡稱為5182-Zn和5182-ZnCu)，通過真空感應(yīng)熔煉、均勻化處理(470℃×24h)、熱軋和冷軋。經(jīng)過固溶(465℃×35min)+預(yù)時效(100℃×3h)稱為TMT1；經(jīng)過固溶+預(yù)時效+預(yù)變形(2%)稱為TMT2，烤漆硬化統(tǒng)一為185℃×20min。
研究發(fā)現(xiàn)TMT1處理下5182-Zn的強度提升僅47MPa，而5182-ZnCu的屈服強度提高了127MPa，表明了Cu的有益作用。
展開 一種3D打印鋁合金新方法，強度堪比鍛造材料
《自然》雜志近期發(fā)表一項材料科學(xué)最新突破成果：美國科學(xué)家研發(fā)出一種3D打印高強度鋁合金的新方法。目前絕大多數(shù)采用增材制造方式研制的合金會出現(xiàn)周期性裂紋，但新問世的合金不但未出現(xiàn)裂紋痕跡，且強度堪比鍛造材料。該方法還可用于其他合金的制造。
研究人員對鋁合金進行3D打印
3D打印又稱基于金屬的增材制造，是指逐層添加金屬粉末進行制造的技術(shù)，這種方法可以提高設(shè)計自由度和制造靈活性。但遺憾的是，在目前使用的5500多種合金中，絕大多數(shù)無法采用增材制造，只有少數(shù)幾種合金能可靠地打印出來，因為在制造過程中的凝固動力學(xué)會導(dǎo)致所得材料出現(xiàn)周期性裂紋。
此次，美國休斯研究實驗室科學(xué)家約翰·馬丁及其同事，引入了納米粒子來控制增材制造過程中的凝固，為這個問題提供了一個良好解決方案。他們首先選用了和汽車、航空以及消費應(yīng)用密切相關(guān)的鋁合金進行實驗 ，隨后利用計算機軟件，分析了4500多種不同合金和納米粒子的組合，最終選定表面氫化（處理過）的鋯為一種合適的納米粒子材料。
在實驗中，研究人員給兩種鋁合金——7075（常用的7系鋁合金，強度最好）和6061（強度沒有7系高，但加工性能極佳）的霧化粉末加上表面氫化鋯納米粒子涂層，再使用選擇性激光熔化技術(shù)，進行增材制造。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于用無納米粒子涂層的7075和6061粉末制造的部件，用納米粒子制造的合金未出現(xiàn)裂紋痕跡，而且強度堪比鍛造材料。研究人員認為，這種新方法既突破了傳統(tǒng)制造方式的約束，強度上又毫不遜色，還可應(yīng)用于其他合金，從而進一步擴展了增材制造材料的“家族”。
內(nèi)容撰編自網(wǎng)絡(luò)
展開 中南大學(xué)李瑞迪教授：增材制造高強度鋁合金粉末成分設(shè)計、制備與應(yīng)用
針對易裂問題，從SLM鋁鎂合金的熱裂機理出發(fā)，揭示了合金成分與凝固應(yīng)力敏感性因子、層錯能及力學(xué)性能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了激光增材制造高鎂含量鋁合金中存在9R相。通過抑裂機制-層錯能效應(yīng)強韌化機制-成分設(shè)計-疲勞性能-構(gòu)件質(zhì)量控制的系統(tǒng)研究，制備了屈服強度520MPa，拉伸強度570MPa，延伸率12%的增材制造鋁合金。研發(fā)的鋁合金粉末已成形出200×200mm的復(fù)雜零件，且通過疲勞性能測試，在中車工業(yè)獲得應(yīng)用驗證。
專家簡介
李瑞迪，中南大學(xué)粉末冶金研究院，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事金屬增材制造、粉末快速燒結(jié)研究。第一/通訊作者在Acta Mater, Scripta Mater, MMTA等本領(lǐng)域主流期刊發(fā)表SCI論文70余篇，其中ESI熱點論文1篇，ESI高被引5篇。擔(dān)任湖南省中小航空發(fā)動機零部件增材制造工程技術(shù)研究中心副主任，《Metals》、《Advanced Powder Materials》等期刊編委，中國機械工程學(xué)會增材制造技術(shù)分會委員。獲湖南省杰青、湖南省自然科學(xué)二等獎（排1）。
參考閱讀：
[1] 顧冬冬等.航空航天高性能金屬材料構(gòu)件激光增材制造
[2] 魏娟娟等.激光增材制造鋁合金及其復(fù)合材料研究進展
展開 【科普系列】基于多孔MOF材料的氨基酸熒光探針
在濃度為10~100 μmol/L范圍內(nèi)，材料的熒光強度和濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，經(jīng)測定、計算得到Tb3+@UiO-66-(COOH)2對色氨酸的檢測限為5.53 μmol/L。和其他熒光探針（如石墨烯-羅丹明復(fù)合物、[Tb2(H3L)-(C2O4)3(H2O)4]·2H2O、Tb(ppda)(npdc)0.5等）相比，具有相對較好的檢測限。而且該淬滅效果不受其他氨基酸的干擾，在pH=4~10的范圍內(nèi)均有淬滅效應(yīng)。
原文出處：
Tb3+ 修飾的MOF熒光探針的制備及L-色氨酸識別性能
高新麗，裴雷，趙旭東，高竹青，黃宏亮
2021, 49 (6): 148-155.
DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000076
【論文介紹】成型工藝對多孔PI材料摩擦學(xué)及力學(xué)性能影響
【論文介紹】TEMPO功能化鋯基MOFs的合成及醇催化氧化性能
【論文介紹】航空鋁合金代次劃分特點及第五代800 MPa級超高強度鋁合金的時效析出特點
展開 輕量化技術(shù)和材料在汽車工程中的應(yīng)用
先進高強度鋼一般為多相組織，如雙相鋼（Dual Phase Steel，DP）組織為鐵素體+馬氏體或鐵素體+貝氏體，相變誘發(fā)塑性鋼（Transformation Induced PlasticitySteel，TRIP）組織為鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體，淬火-配分鋼（Quenching & Partitioning，QP）組織為馬氏體+奧氏體。主要汽車用鋼抗拉強度與伸長率的大致關(guān)系如圖7所示。不同高強鋼的用途不同。烘烤硬化鋼適合沖壓汽車的外覆蓋件，具有沖壓成形前較軟、形狀穩(wěn)定性好和烘烤后抗凹陷性能較高等特點。雙相鋼和相變誘導(dǎo)塑性鋼適合沖壓結(jié)構(gòu)件和安全件等，具有高強度、高碰撞吸收能和高抗疲勞性能等特點。
2.2 鋁合金
鋁合金的密度約為鋼的1/3，且具有高比強度和優(yōu)秀的防腐性能，在車輛結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用逐漸增多。汽車制造中使用的鋁合金主要有鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金是將加熱至液態(tài)的鋁水注入鑄造模具中冷卻，然后加工成汽車零部件。鋁合金鑄件質(zhì)量穩(wěn)定且易于大批量生產(chǎn)，已被車企廣泛使用在輪轂、發(fā)動機缸體、變速器殼體、懸架擺臂、發(fā)動機懸置等零部件。在車輛中常用的變形鋁合金主要有軋制和擠壓鋁合金，軋制鋁合金主要為5系合金，多為板材，主要用于汽車覆蓋件沖壓成形等。擠壓鋁合金主要為6系和7系合金，多為型材，主要用于車身骨架。我國鋁合金牌號及其對應(yīng)的合金系如表5所示。
2.3 鎂合金
鎂合金密度約為鋼的2/9、鋁的2/3，輕量化效果顯著。鎂合金在室溫是密排六方結(jié)構(gòu)，滑移系少，塑性變形能力較差，汽車上應(yīng)用的鎂合金主要是鑄造鎂合金。
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