合金超導材料的案例
馬普所材料頂刊（IF31.041）：一種全新合金設計理念！實現兼具超強高韌、高熱穩定性合金
高性能結構材料的設計一直致力于追求卓越的力學強度、延展性和熱穩定性，然而這些性能通常難以兼得。雖然晶體-非晶復合合金通常具備比非晶態合金更高的延展性，但是晶體-非晶界面容易促進異質形核，不利于晶體-非晶復合合金的熱穩定性。
針對以上難點，來自德國馬克斯普朗克鋼鐵研究所（馬普所）等單位的研究人員通過熱力學理論指導，提出了一種全新的合金設計理念，成功開發出兼具高熱穩定性、超強以及可塑性的晶體-非晶納米復合合金。這一合金設計理念模仿了自然界共生系統的穩定機制，因此這種合金被稱之為“共生合金”。相關工作近期發表于材料研究領域頂級期刊Materials Today（影響因子：31.041）。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.10.025
通過設計制備Cr-Co-Ni（晶體相，18nm厚）/Ti-Zr-Nb-Hf-Cr-Co-Ni（非晶相，12nm厚）納米片層結構合金，實現了這種共生合金設計理念。研究發現，加熱或力學加載可促進Ni、Co從Cr-Co-Ni晶體相向Ti-Zr-Nb-Hf-Cr-Co-Ni非晶相的遷移。這一行為可以動態提升非晶相的負混合焓，從而動態穩定其非晶結構。因此，該共生合金的晶化溫度（TX>973K）比初始TiZrNbHf基非晶相提高了200K。另外，加熱或力學加載可促進Cr-Co-Ni晶體相發生HCP到FCC相變，使得其具備優異的延展性。這一共生合金在室溫下具備3.6GPa的超高壓縮屈服強度以及15%的均勻塑性應變，這一綜合力學性能優于傳統的非晶合金以及納米片層合金。
展開 鋁合金的焊接方法和材料選用大全
由于鋁及鋁合金熔點低，更適于采用攪拌摩擦焊。
鋁用焊接材料
（1）焊絲
采用氣焊、鎢極氬弧焊等焊接鋁合金時，需要加填充焊絲。鋁及鋁合金焊絲分為同質焊絲和異質焊絲兩大類。為了得到良好的焊接接頭，應從焊接構件使用要求考慮，選擇適合于母材的焊絲作為填充材料。
選擇焊絲首先要考慮焊縫成分要求，還要考慮產品的力學性能、耐蝕性能，結構的剛性、顏色及抗裂性等。選擇熔化溫度低于母材的填充金屬，可大大減小熱影響區的晶間裂紋傾向。對于非熱處理合金的焊接接頭強度，按1000系、4000系、5000系的次序增大。
含鎂3%以上的5000系的焊絲，應避免在使用溫度65℃以上的結構中采用，因為這些合金對應力腐蝕裂紋很敏感，在上述溫度和腐蝕環境中會發生應力腐蝕龜裂。用合金含量高于母材的焊絲作為填充金屬，通常可防止焊縫金屬的裂紋傾向。
目前，鋁合金常用的焊絲大多是與基體金屬成分相近的標準牌號焊絲。在缺乏標準牌號焊絲時，可從基體金屬上切下狹條代用。較為通用的焊絲是HS311，這種焊絲的液態金屬流動性好，凝固時的收縮率小，具體優良的抗裂性能。為了細化縫晶粒、提高焊縫的抗裂性及力學性能，通常在絲中加入少量的Ti、V、Zr等合金元素作為變質劑。
選用鋁合金焊絲應注意的問題如下：
1）焊接接頭的裂紋敏感性。
影響裂紋敏感性的直接因素是母材與焊絲的匹配。
展開 航空航天鋁合金材料發展方向及工藝處理
在航空航天領域應用較多的有2000系鋁合金的主體成分主要是鋁(Al)、銅(Cu)、鎂(Mg)3種元素，7000系的鋁合金主要成分是Al、鋅(Zn)、Mg、Cu元素，還有一些通過加入一些特殊元素獲得的高性能(高強、高韌、耐腐蝕性能)鋁合金材料。目前，獲得高性能鋁合金材料的主要方法是通過改變熔鑄條件實現。
2000系鋁合金主要以Cu為主要的合金元素，鋁合金材料中加入適量的Cu元素制備的合金在強度、耐熱性、加工性能上會有更好的提升，但耐腐蝕性能會降低，因為Cu元素的引入會使鋁合金內部更容易呈現晶間腐蝕，材料組成元素直接影響著鋁合金的性能。因此，對于2000系的鋁合金一般都在表面做純鋁或6000系鋁合金包覆處理作為本體鋁合金的電化學保護膜，提高其耐腐蝕的性能。后來學者對于不同牌號鋁合金提高應力腐蝕性能的方法進行了很多研究，在一定程度上延緩了鋁合金的應力腐蝕的程度。
鋁合金材料是確保飛機安全飛行的重要部件材料，不同部位鋁合金材料的選型及性能預測直接關系到飛機的安全可靠性，預測航空鋁合金材料的失效問題直接關系到生命安全，需要引起廣泛重視。
性能優異的高強鋁合金主要應用在航空航天及軍事領域，因為航空航天及軍用類產品對減重的要求極高，高比強度的材料是航空航天的優選材料，在飛機用鋁材中，7000系高強高韌鋁合金和2000系中強高韌鋁合金起著重要作用。
展開 合金材料在汽車車輪制造中的應用
汽車車輪制造的主要材料有鋁合金、合金鋼、鎂合金，以及應用比較少的復合材料和鋼鋁組合材料。著重介紹了鋁合金車輪和合金鋼車輪的鑄造、鍛造工藝，分析了各種材料的優缺點，闡述了合金材料在汽車車輪生產中的應用前景。詳細介紹了鋁合金車輪和合金鋼車輪的生產制造工藝和鎂合金在汽車車輪上的應用。
關鍵詞：合金材料； 汽車； 車輪； 制造工藝
1車輪制造材料的選用
目前，世界上汽車車輪材料主要有兩種：合金鋼和鋁合金，這兩種材料的應用占整個市場的90%以上。汽車車輪材料的選擇也就是對鋁合金和合金鋼的選擇。另外， 由于人們對車輪質量的要求不斷提高，這必然導致在制造汽車車輪時應用一些新材料。
1.1 合金鋼汽車車輪
在汽車誕生的一段時間里， 汽車一直采用鋼制車輪，但是從20 世紀70 年代末起，鋁合金車輪應用的越來越多，鋼制車輪占用的市場份額大幅度下降。導致這一情況產生的原因是多方面的， 最主要的原因是外觀的吸引力。鋼制車輪的主要優勢是成本低和安全性高， 這也是大多數載重汽車的車輪采用鋼材制造的原因。但是鋼材的加工成型性能和制造工藝難度較大， 這就決定了其不可能有鋁合金車輪那樣的結構和多樣化外形。另外，鋼車輪的質量較大，使用所消耗的能量遠遠大于鋁制車輪。
近些年來，面對眾多的挑戰，國際鋼輪行業不得不做出一系列的調整和革新， 具體措施有： ①新材料。微合金鋼HSLA、雙相鋼(DP)和貝氏體鋼等高強度鋼種成功研發，并開始應用于制造汽車車輪，為鋼輪減輕質量和更大膽的款式設計創造了條件。根據有關報道，HSLA 車輪的質量比一般碳素鋼車輪輕約15%。②新工藝的應用。
展開 
鋁鋰合金：現代飛機新型材料的選擇
鋁鋰合金材料是近年來航空航天材料中發展最為迅速的一種先進輕量化結構材料，具有密度低、彈性模量高、比強度和比剛度高、疲勞性能好、耐腐蝕及焊接性能好等諸多優異的綜合性能。用其代替常規的高強度鋁合金可使結構質量減輕10%~20%，剛度提高15%~20%，因此，在航空航天領域顯示出了廣闊的應用前景。
雖然鋁鋰合金在航空航天領域顯示出了廣闊的應用前景。但是由于其成本比普通鋁合金高 、室溫塑性差、屈強比高、各向異性明顯、冷加工容易開裂等，導致其成形難度大，目前只能成形較簡單的零件，難以制造復雜的零部件，從而限制了其在結構部件方面的應用 。 近年來，國外鋁鋰合金的研制和成形技術日漸成熟，不僅在軍用飛機和航天器上大量應用 ；而且民用飛機鋁鋰合金的用量也呈增加態勢，如“奮進號”航天飛機的外貯箱、空客A330 /340/380等系列飛機。在我國，由于鋁鋰合金熔鑄工藝，板料軋制擠壓技術不成熟，新型鋁鋰合金的開發研制相對落后，目前只在某些型號的航天器中有少量應用。
1、先進鋁鋰合金發展現狀
按照鋁鋰合金研制的歷史進程和成分特點，可以將其劃分成3個階段。
第一階段為初步發展階段，該階段的時間跨度大約為20世紀50年代至60年代初。其主要代表為1957年美國Alcoa公司研究成功的2020合金，并將其應用于海軍RA-5C軍用預警飛機的機翼蒙皮和尾翼水平安定面上，獲得了6%的減重效果。前蘇聯在60年代成功研制了BAд23合金。但這兩款合金延展性低，缺口敏感性高、加工生產困難等，無法滿足航空生產及性能要求，未取得進一步的應用。
20世紀60年代中期，迫于能源危機的壓力，鋁鋰合金被重新重視，并進入了快速發展階段，即第二階段。
展開 寶馬的輕結構合金材料發動機
在付出了極高的研發費用和生產費用之后，寶馬公司終于將金屬錳作為一種材料用于了水冷發動機中。這種由錳－鋁材料結合在一起的新型6缸發動機的機體質量減少了10kg。金屬材料錳的比重只有1.74g/cm3，是輕結構設計中的最佳金屬材料之一，但長期以來，其較差的機械加工性能、較差的熱承載性能以及不易與冷卻液接觸的特性，使其作為發動機制造中的原材料受到了很大的限制。
寶馬公司也不能完全解決這些難題，但是他們聰慧的工程師們卻發明了一種方法：將承受工作載荷較大的氣缸缸套與冷卻水道“結合”成一個鋁合金的鑄件，即一個被他們稱為“組件”的整體。這一組件的高度從曲軸中心到氣缸蓋，由金屬錳材料制造的發動機機體緊緊地包裹著這些缸套水套組件，并在錳合金機體上制成加工油道、支承面和附助部件的安裝面，機體的下部是由鋁－錳材料制成的油底殼結合面。
由于錳－鋁兩種材料的膨脹系數不同，受熱時會有不同的膨脹量，為此，寶馬公司研制開發了一種新的鑄造工藝技術專門解決膨脹量不同的問題。液態的金屬錳熔液澆鑄后“裹住”了鋁合金的缸套水套組件，與它們共同冷卻。鋁合金缸套水套組件圓柱體上的葉片在冷卻后形成了可靠的連接。
寶馬公司的Landshut鑄造廠目前正用強力的壓鑄機械生產著這種錳－鋁機體。壓鑄機以1000bar（1bar＝105Pa）左右的壓力將液態的錳熔液壓入60t重的機體鑄型中，整個壓鑄生產過程僅用時0.06s，鑄造模型的合模力接近40 MN（相當于4000t壓力）。澆鑄后10s金屬熔液已經凝固，兩種材料也已經牢固地結合在了一起。
據寶馬公司介紹，這種新的機體比灰鑄鐵材料的機體輕43％，比鋁合金機體輕24％，錳、鋁兩種材料30%的密度差異在采用了新的鑄造工藝技術后得以消除。
展開 【材料課堂】鋁鎂合金腐蝕行為及防護分析
鎂鋁合金在各種條件下的腐蝕行為
1 大氣腐蝕
在大氣環境下，鎂的腐蝕過程主要為氧的去極化過程，具體腐蝕程度主要受到大氣中濕度以及各種污染物含量的影響。通常來說，空氣的濕度大小對鎂鋁合金的腐蝕程度影響不明顯，只有在大氣中存在其它腐蝕性污染物時，空氣濕度大小對鎂鋁合金的腐蝕作用才會體現出來。如果大氣中基本上沒有任何腐蝕性物質，則無論空氣濕度有多高，鎂鋁合金腐蝕行為也會表現得非常微弱。而當大氣中含油大量腐蝕性污染物時，鎂鋁合金表面的腐蝕速度就會迅速增加。鎂鋁合金作為材料如果在工業大氣和海洋大氣環境中進行工作時，其耐腐蝕性能較差。而在干燥清潔的空氣環境中，鎂的表面的養護膜能夠形成較強的保護作用，使鎂鋁合金的腐蝕非常微弱。
2 在各種介質中的腐蝕
在大部分有機酸、無機酸以及中性介質溶液中，鎂鋁合金的耐腐蝕性表現較差，而當去除鎂鋁合金表面氧化膜的情況下，即使是蒸餾水也會導致鎂鋁合金的腐蝕速度加快。但是當鎂鋁合金處于鉻酸溶液中時，其表面會形成一定鈍化膜，使其具有較好的穩定性和耐腐蝕性能。
展開 為什么鈦合金是一種難加工材料？
(5) 盡可能在鈦合金最軟的狀態加工，因為淬硬后材料變得更難加工，熱處理提高了材料的強度并增加刀片的磨損。
(6) 使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入，盡可能把更多的刀刃進入切削。這可以減少每一點的切削力和熱量，防止局部破損。在銑削鈦合金時，各切削參數中切削速度對刀具壽命vc的影響最大，徑向吃刀量（銑削深度）ae次之。
3. 從刀片入手解決鈦加工難題
鈦合金加工時出現的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損，它往往是由于前期加工留下的硬化層所造成的。刀具與工件材料在加工溫度超過800℃的化學反應和擴散，也是形成溝槽磨損的原因之一。因為在加工過程中，工件的鈦分子在刀片的前面積聚，在高壓高溫下“焊接”到刀刃上，形成積屑瘤。當積屑瘤從刀刃上剝離時，將刀片的硬質合金涂層帶走，因此，鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。
4. 適合鈦加工的刀具結構
鈦合金加工的焦點是熱，大量高壓切削液要及時準確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將熱量移除。市場上有專門用于鈦合金加工的銑刀獨特結構。
展開 神奇的功能材料——形狀記憶合金
用形狀記憶合金加工成內徑比欲連接管的外徑小4%的套管，然后在液氮溫度下將套管擴徑約8%，裝配時將這種套管從液氮取出，把欲連接的管子從兩端插入。當溫度升高至常溫時，套管收縮即形成緊固密封。這種連接方式接觸緊密能防滲漏，遠勝于焊接，特別適合用于航空、航天、核工業及海底輸油管道等危險場合。
記憶合金的用處
記憶合金最令人鼓舞的應用是在航天技術中。1969年7月20日，“阿波羅”11號登月艙在月球著陸，實現了人類第一次登月旅行的夢想。宇航員登月后，在月球上放置了一個半球形的直徑數米的天線，用以向地球發送和接受信息。天線就是用當時剛剛發明不久的記憶合金制成的。用極薄的記憶合金材料先在正常情況下按預定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團，裝進登月艙帶上天去。放到月球上以后，在陽光照射下溫度升高，當達到轉變溫度時，天線恢復成了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球形。
除了航空業，形狀記憶合金已廣泛用于醫學和生活各個領域。作為一類新興的功能材料，很多新用途正不斷被開發，例如用記憶合金制作的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復原狀；不久的將來，汽車的外殼也可以用記憶合金制作，不小心碰癟了，只要用電吹風加溫就可恢復原狀。
目前世界上已經有銅鋅、金鎘、鎳鋁等20多種具有記憶功能的合金，不僅單次“記憶”能力幾乎可達到百分之百，即恢復到和原來一模一樣的形狀，更可貴的是，這種“記憶”本領即使施展500萬次以上也不會導致材料斷裂。
來源：北京市科協
展開 南京理工《Nature Materials》：非晶合金材料取得突破性進展！
【蘭司教授簡介】
蘭司教授，現任南京理工大學材料科學與工程學院/格萊特研究院院長助理、教授，獲江蘇省杰青和國家面上項目資助，長期從事非晶合金的中程序結構和相變機制關領域的研究工作，2012年畢業于香港中文大學材料科學與工程專業（師從H. W. Kui教授）、2012-2014年于香港城市大學物理系跟隨王循理教授從事博士后研究、2014年加入南京理工大學，以同步輻射和中子散射及透射電鏡等先進研究手段，在一系列非晶合金體系相變的微觀機制原位散射研究等課題上做出了重要的研究成果，在Nature Materialss、Nature Communications、Communications Physics、Acta Materialia、Physical Review Letters、Scripta Materialia等發表論文近80篇，具有豐富的相關研究經驗。關于鈀-鎳-磷非晶合金的隱藏液態相變的研究工作于2017年發表在國際權威雜志自然通訊上，被基金委首頁以要聞報道，同時被自然通訊雜志冶金專欄收藏。獲得江蘇省333高層次人才計劃、六大人才高峰人才計劃、雙創博士計劃支持。因為非晶合金中程序結構和相變方面的突出工作，2017年7月獲得中國材料大會非晶與高熵合金“杰出青年科學家獎”。2017年8月組織國際知名的戈登研討會（GRS）中子散射研討會并作GRC邀請報告。2021年1月起擔任稀有金屬（英文）Rare Metals期刊的青年編委。
【吳楨舵博士簡介】
吳楨舵博士，東莞市香港城市大學研究院助理院長/中子散射應用物理研究中心研究員。
展開 高性能合金材料+3D打印的無限可能
高性能合金材料的設計與3D打印應用是近年來研究的一個方向。3D打印技術具有加工復雜形狀、快速定制、節省原材料等優點，能夠提供一種新的制造方式。通過3D打印方法，可以在微觀和宏觀尺度上精確控制組織結構，從而實現高性能材料的精準設計和定制生產。
點擊參會
3D打印應用領域廣泛，例如航空航天、醫學、工業制造等。在航空航天領域，高性能合金材料的3D打印應用可用于生產輕質復雜結構、耐高溫的內部零部件和發動機葉片等。在醫學領域，3D打印可用于組織工程、仿生器官、義肢等方面，在工業領域則可以制造高負荷的部件和復雜結構件，提高設備使用壽命和性能。總之，高性能合金材料與3D打印技術的結合，將會為科技創新和工業升級帶來蓬勃發展的新機遇和新挑戰。
展開 
【材料課堂】金屬與合金的晶體結構，共晶相圖
本文來自“材料基”。
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鎂合金新材料研發及加工工藝的新進展
[導讀] 鎂合金是最輕的工程金屬材料之一，具有很好的比強度、比剛度等性能，特別適合制造有重量輕、強度高、減震降噪要求的工程結構部件和有一定強度要求的殼體類零件。中國作為鎂資源大國，如何利用鎂資源的優勢正受到越來越多國內有識之士的關注。隨著鎂合金及其相關技術的發展，鎂合金在中國各個領域的應用也得到了進一步的推廣。下面分別介紹中國在新型鎂合金開發和加工工藝（液態成型、固態成型和半固態成型三個方面）的研究進展。
鎂合金是最輕的工程金屬材料之一，具有很好的比強度、比剛度等性能，特別適合制造有重量輕、強度高、減震降噪要求的工程結構部件和有一定強度要求的殼體類零件。中國作為鎂資源大國，如何利用鎂資源的優勢正受到越來越多國內有識之士的關注。隨著鎂合金及其相關技術的發展，鎂合金在中國各個領域的應用也得到了進一步的推廣。下面分別介紹中國在新型鎂合金開發和加工工藝（液態成型、固態成型和半固態成型三個方面）的研究進展。
一、新型鎂合金的開發
由于交通工具輕量化的推動，世界各國都展開了對鎂合金的研究，尋找一種可以滿足要求的新型合金，是各國科技工作者的一個共同目標，在這方面中國科技人員也進行了大量的研究工作。限制鎂合金發展的一個主要原因是鎂合金的高溫性能——抗蠕變能力和高溫疲勞性能較差，因此新材料的研發主要是針對這一問題進行的，概括的說主要包括兩個方面：一是對現有合金的優化，主要是針對現有的商業鎂合金，特別是對Mg-Al系合金進行改性，通過添加合金元素以期改善合金的高溫性能；二是新合金系的開發，主要是指新型Mg-RE系合金的研發。
1.
展開 鎂合金材料熱處理的質量檢測及缺陷分析
鎂合金材料熱處理質量的檢測
（1）硬度試驗
硬度試驗具有速度快、操作簡單、可以在熱處理工件上直接進行而無需專門制備試樣等優點。其中最常用的是布氏和洛氏硬度試驗，但是對于薄截面鎂合金工件，有時也采用洛氏表面硬度試驗。晶粒較大、硬度較低的鎂合金宜采用布氏硬度計測定硬度，以獲得最佳試驗結果。鎂合金的強度通常隨硬度的增加而提高，然而由于與硬度對應的強度指標很分散，因此不能用硬度計算強度，所測得的硬度值僅僅作為評定鎂合金熱處理質量的參考。
（2）拉伸試驗
拉伸試驗能更準確地衡量鎂合金的熱處理質量，但是試驗時需要專門拉伸試樣。雖然鎂合金鑄件經過機加工后得到的試樣更能代表鑄件的真實性能，但是一般采用單獨鑄造后不經機加工的試樣。通常按照ASTM標準進行試驗，以保證試驗結果的一致性。
（3）顯微組織檢查
熱處理態鎂合金制成金相試樣后檢查顯微組織，并與標準的組織照片比較，可以衡量鎂合金的熱處理質量。檢查內容主要包括：鑄造合金中的粗大化合物、鑄造合金經過不適當固溶處理后的孔隙和熔孔、鑄造和變形合金的晶粒度，以及擠壓、鍛造或軋制合金中的粗大化合物。
顯示鎂合金金相顯微組織所用的浸蝕劑見下表。
鎂合金材料熱處理缺陷分析
鎂合金熱處理時容易產生的五種常見缺陷是：氧化、過燒、彎曲與變形、晶粒異常長大和性能不均勻。
（1）氧化
如果鎂合金工件進行熱處理時沒有使用保護氣體，則會發生局部氧化甚至在爐火內起火燃燒。通常向熱處理爐內通入（0.5~1.5）Vol.%SO2或（3~5）Vol.%CO2，或含（0.5~1.5）Vol.%SF6的CO2保護氣體，或惰性氣體來避免鎂合金工件的氧化。惰性氣體由于成本過高而較少應用。此外，需要保證爐膛的清潔、干燥和密封。
展開 為什么鈦合金是一種難加工材料？
(5) 盡可能在鈦合金最軟的狀態加工，因為淬硬后材料變得更難加工，熱處理提高了材料的強度并增加刀片的磨損。
(6) 使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入，盡可能把更多的刀刃進入切削。這可以減少每一點的切削力和熱量，防止局部破損。在銑削鈦合金時，各切削參數中切削速度對刀具壽命vc的影響最大，徑向吃刀量（銑削深度）ae次之。
3. 從刀片入手解決鈦加工難題
鈦合金加工時出現的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損，它往往是由于前期加工留下的硬化層所造成的。刀具與工件材料在加工溫度超過800℃的化學反應和擴散，也是形成溝槽磨損的原因之一。因為在加工過程中，工件的鈦分子在刀片的前面積聚，在高壓高溫下“焊接”到刀刃上，形成積屑瘤。當積屑瘤從刀刃上剝離時，將刀片的硬質合金涂層帶走，因此，鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。
4. 適合鈦加工的刀具結構
鈦合金加工的焦點是熱，大量高壓切削液要及時準確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將熱量移除。市場上有專門用于鈦合金加工的銑刀獨特結構。
End
來源：山特維克可樂滿
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