新型合金材料的案例
鋁鋰合金：現代飛機新型材料的選擇
但目前，新型鋁鋰合金主要依靠國外供應商，不僅成本高，而且得不到鈑金、熱處理等相關關鍵技術的支持，因此獨立開發和研制新型高強、高損傷容限鋁鋰合金是我國鋁鋰合金未來發展的重要方向。此外，鋁鋰合金和復合材料是未來民用飛機的重要選擇，如何提高其減重效益、強度和損傷容限是開發新型合金面臨的重大挑戰。
（2）鋁鋰合金在鑄造、軋制等技術逐漸成熟的基礎上，先進加工制造技術不斷拓寬，超塑成形、旋壓、輥鍛焊接等新工藝不斷創新，并已取得重大的應用成果，然而，由于其自身性能限制，室溫成形能力仍較困難。鋁鋰合金在大型客機中的應用主要以冷成形為主，因此，解決和實現復雜結構件的室溫鈑金成形和熱處理工藝是未來我國大型客機用鋁鋰合金使用的關鍵技術和發展方向，同時在傳統工藝基礎上不斷開發新型技術，提高成形精度、效率和質量。
展開 盤星新金屬：3D打印粉末產能釋放，年產能邁上新臺階
由新之聯伊麗斯（上海）展覽服務有限公司與廣州光亞法蘭克福展覽有限公司聯合舉辦，展會將貫穿先進陶瓷、粉末冶金、增材制造及后處理等一系列先進的材料、技術、設備以及產品，為中國乃至亞洲的制造業帶來全新的商貿機遇。
盤星新型合金材料（常州）有限公司將攜多種合金材料亮相本次展會，展位號：D11。
盤星新型合金材料（常州）有限公司（簡稱盤星新金屬）是一家以研發為導向，精密制造為核心，面向增材制造、新材料應用等先進制造領域的國家高新技術企業。現有生產廠區22000㎡、研發車間3600㎡、行政及測試中心3500㎡，后勤保障中心2500㎡。
盤星致力于新型金屬材料及其粉末的研發生產，擁有自主核心知識產權，現有研發人員近50人，擁有國內全行業唯一從材料熔煉端至3D打印端閉環的研發體系。
盤星將質量控制視作發展的基石，對所有產品和服務內容執行全流程檢測，質量管理流程經過德國TüV體系監督和認可。已建成EN9100、ISO9001、ISO13485、ISO14001等管理體系。
目前已建成鈦及鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金等粉末產品線，擁有10條粉末生產線，年產能超過1000t，面向國內外市場，為客戶提供標準高性能球形金屬粉末及定制化高性能球形粉末，逐步建設成為增材制造粉末行業領軍企業。
展品簡介
鈦及鈦合金粉末（TA1、TA15、TC4）
? 采用國際領先的霧化工藝制備粉末材料，用于TC4、TA15、TA1、TiAI等高品質球形金屬粉末制備。
? 采用無接觸式電極感應熔煉技術，用于制備活性強、純凈度要求高的材料。
? 采用惰性氣體霧化，粉末球形度高，流動性能優異。
? 可靠，批次穩定性好，年產能≥120t。
展開 華中科技大學柳林組JMCA: 新型熱噴涂3D打印技術制備大尺寸高韌性Fe基非晶合金及其復合材料
研究發現，該非晶合金及復合材料具有優異斷裂韌性主要歸因于熱噴涂產生的扁平狀層間結構，阻礙裂紋貫穿性擴展，從而提高材料的斷裂韌性。在此基礎上，輔以預制模板，就可以打印出形狀較為復雜的三維非晶零件。相比于傳統激光3D打印技術，TS3DP技術具有更高的3D打印效率（是激光3D打印的4-10倍）。本研究成果不僅提供了一種制備大尺寸、高韌性非晶合金及復合材料的新方法，也為促進高性能非晶合金及復合材料的工業應用奠定基礎。
【圖文導讀】
圖1. 熱噴涂3D打印技術原理示意圖以及大尺寸Fe基非晶合金及復合材料樣件
圖2. 熱噴涂3D打印成形非晶合金及復合材料的顯微結構表征（SEM、TEM）
圖3. 熱噴涂3D打印非晶合金及復合材料的壓縮性能與斷裂韌性
圖4. 熱噴涂3D打印非晶合金及復合材料的斷裂與增韌機理分析
圖5. 采用模板輔助熱噴涂3D打印技術制備的形狀復雜的非晶合金及復合材料構件
【小結】
在這個工作中，研究人員開發出一種新型熱噴涂3D打印技術，成功制備出大尺寸Fe基非晶合金及其復合材料，該材料具有高強度（>1.8 GPa）及良好的斷裂韌性（13-21 MPa 1/2）。
在此基礎上，輔以預制模板，打印出形狀較為復雜的三維非晶零件。本研究成果不僅提供了一種制備大尺寸、高韌性非晶合金及復合材料的新方法，也為促進高性能非晶合金及復合材料的工業應用奠定基礎。該研究得到了國家自然科學基金項目（51531003；51471074）以及科技部973項目（2015C856801）等資助。
展開 這種新型航發熱障涂層材料最高使用溫度可達1800℃，全世界只有我國在做！
馮晶：高溫熱障涂層領域，之前全球范圍內都是做到2 層、3 層，通過我們的改良，可以做到8 層或是10 層，我們的多級梯度功能熱障涂層材料不僅具有高效隔熱的功能，同時還具有防腐蝕、抗磨損、長壽命的作用。其他研究還包括高溫陶瓷材料的焊接、高溫合金材料的開發等。
我們比較有特色的一項研究是稀貴金屬材料在高溫領域的應用，針對發動機部件上高溫陶瓷涂層與鎳基超高溫合金的粘結效果不好的問題，兩者之間會加一種粘結層合金，國際上常用的粘結層合金是NiCoCrAlY，但是它超過1100℃后氧化速度非常快，難以在更高的溫度下使用。我們在這種材料中增加了Pt，或者是單獨增加了一個貴金屬粘結層，這樣就創造了更高溫度下的粘結層使用環境，這種材料目前已經開始應用。這項研究在高溫材料領域是非常重要的，也是粘結層材料在世界范圍內的一個新突破。
熱障涂層材料與3D 打印技術的相互結合，比如在制作粘結層合金過程中，3D 打印技術就非常適用，在今年啟動了云南省稀貴金屬材料基因工程，其中一項重要工作就是熱障涂層的粘結層部分由稀貴金屬材料來制作，主要的方式就是通過3D 打印/ 激光成形的方法在基體材料表面制備一層稀貴金屬材料，這樣就能實現耐高溫、抗氧化的性能。云南稀貴金屬材料基因工程的一大功能就是服務于我國航空航天領域，研發新型合金材料。
現在的合金成分越來越復雜，甚至有了8 元、10 元系的合金，人已經無法完成工作量如此巨大的試驗工作，但是通過材料基因工程，我們就會很容易發現和研制出新的粘結層合金材料，可以整體實現熱障涂層對于航空發動機技術進步的推動作用。
航空制造網：云南省稀貴金屬材料基因工程重大科技項目于2018 年3 月啟動，您擔任計算與數據庫首席科學家，工作的主要內容是什么？請談一下這個項目對于材料研究的重要意義？
展開 
《Science Advances》：一種新型超輕、高強鎂合金！
(A) 淬火態LA147鎂合金自然時效過程中的 XRD 數據：q = 4πsinθ/λs，其中θ是入射光束和散射光束之間的半散射角，λs是入射X射線的波長。
(B) 相場模擬和實驗觀察到的調幅波長(λ)，λ可作為自然時效的時間函數（t* 表示無量綱時間）。在t0=0 min時，λ = λ0對應于淬火不久后實驗所獲得的波長值。主要有3個階段：I、平滑區；II、快速增長區；III、平衡區。
(C) 隨自然時效時間變化的富Al區結構有序參數。
(D) 對應的組織演變過程。
有序參數的范圍從0到1，表示完全無序的固溶體演變為完全有序的D03-Mg3Al相。其中圖(D)中的數字是圖S9的一部分。
圖 5. LA147 鎂合金塑性變形的分子動力學。
(A) 具有和不具有富Al區模擬試樣的三維立體結構。
(B) 位錯密度隨圖(A)中試樣體積應變的變化。
(C) 應變為7%時模擬試樣內的位錯網絡。
總結與展望
本文提出了一種鎂合金強化機制新理論，即調幅分解強化機制。并結合Li合金化和調幅分解強化機制成功研發出了一種新型超輕、高比強度LA147鎂合金新材料。同時，采用低溫APT、相場模擬、分子動力學計算等技術，為這種調幅分解強化機制提供了詳細的形態學、化學、晶體學等理論依據。該調幅分解強化機制對于制備和開發新型輕質高強鎂合金材料具有重要意義。
本文來自“材料科學技術”。
展開 航空航天鋁合金材料發展方向及工藝處理
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高強鋁合金3D打印工藝
低成本、高效率及自動化高強鋁合金工藝技術的發展得到航空航天的重視，大型鋁合金或鈦合金3D打印技術為目前航空航天關注的重點。3D打印技術作為我國的一個前瞻戰略性技術，對工程應用領域的發展有至關重要的作用。
在航空航天領域，鋁合金雖然已經有大量的應用，但實際應用過程中相比鈦合金和復合材料還有一定的弊端，如鋁合金暴露在高于160℃的應用中力學性能及耐蝕、疲勞性能會下降，且隨使用時間的延長會軟化和老化，因此提升鋁合金在極端工況的綜合性能仍需開展大量工作。
通過3D打印技術的不斷成熟，對高強鋁合金粉體的開發也不斷進行，新型的鋁合金材料不斷涌現，持續刷新性能新高。如由Amaero和澳大利亞莫納什大學共同研發的Amaero HOT Al這種新型的鋁合金在3D打印后再繼續進行熱處理和時效硬化后，可以實現在260℃下長時間的穩定，開發商業化的高強度鋁合金新型材料適應3D打印工藝以實現鋁合金的智能制造性能可控及高復雜形狀成為未來發展的主要趨勢。鋁合金的3D打印發展前景可期，主要應用于航空航天及軍工領域。
展開 VASP介紹及其在對新型合金的研究的運用
· 采用周期性邊界條件(或超原胞模型)處理原子、分子、團簇、納米線(或管)、薄膜、晶體、準晶和無定性材料，以及表面體系和固體
· 計算材料的結構參數(鍵長,鍵角,晶格常數，原子位置等)和構型
· 計算材料的狀態方程和力學性質(體彈性模量和彈性常數)
· 計算材料的電子結構(能級、電荷密度分布、能帶、電子態密度和ELF)
· 計算材料的光學性質
· 計算材料的磁學性質
· 計算材料的晶格動力學性質(聲子譜等)
· 表面體系的模擬(重構、表面態和STM模擬)
· 從頭分子動力學模擬
· 計算材料的激發態(GW準粒子修正)
二、實例介紹
高熵合金是目前金屬方向的一個較熱的研究熱點。發表于《Journal of Alloys and Compounds》的“An ab initio and experimental studies of the structure, mechanical parameters and state density on the refractory high-entropy alloy systems”使用vasp對難熔金屬高熵合金進行了研究。
首先作者根據實驗的結果建立了SQS面心立方模型，使用VASP對其晶體參數進行了計算。計算所得的晶格常數與實驗值一致性較好。
之后，為了對合成的合金的熱力學穩定性進行估計，作者又計算了其結合能和生成焓。結果可見，該金屬體系的生成焓為負值，說明其有較好的熱力學穩定性。
對于金屬體系，力學性能是一個非常重要的性質，而使用VASP可以直接計算楊氏模量，切變模量，體積模量等一系列的力學參數。接下來作者對該系列合金的力學參數進行了計算并進行了討論。接下來通過對密度態的計算，作者對該合金體系中各個元素的電子結構和結合狀態進行了討論。
展開 Arconic開發出新型高溫航空用鈦合金
先進鈦合金,已獲得商業許可。該合金被設計應用于高溫用途的下一代航空發動機和鄰近結構中。正值下一代航空發動機火熱運行中，ARCONIC-THOR是一種更輕，更具成本效益的新型鈦合金，來替代當前的鎳基超級合金。這項專利的鈦合金比當前鎳基合金輕50%，更適合用于耐高溫航空發動機和鄰近結構中，并且可以為客戶節約成本，使公司抓住發動機和機身材料市場的需求。
ARCONIC-THOR是一款具有突破性的航天材料，其性能是傳統合金所不及的，Arconic工程結構的總裁Jeremy Halford稱，下一代節油型航空發動機廣泛使用，對排氣系統材料和相鄰結構的材料選擇是一個挑戰。利用我們的材料科學專業知識，我們的工程師研發的ARCONIC-THOR?強大的鈦材解決方案，可以承受受熱量和相當大的重量，為我們的客戶節約成本。
在Arconic的專利合金范圍內，的特殊專利配方與現有的高溫合金相比，它的抗氧化性提高了三倍。這種改進的抗氧化性可以防止在溫度升高時材料變質，相比于市場上其他傳統的鈦合金，ARCONIC-THOR合金在耐用溫度時能更好的運行。
Arconic已經與客戶合作完成了開發項目ARCONIC-THOR，其中包括由美國空軍研究實驗室資助的飛機項目制造商波音和飛機發動機制造商霍尼韋爾，其中我們采用ARCONIC-THOR板材生產全部大型零部件。聯合材料負擔能力倡議(MAI)項目驗證了ARCONIC-THOR作為一種可生產、高抗氧化鈦合金在溫度高達200°F以上具有可接受的抗氧化性。項目進一步得出結論ARCONIC-THOR顯著降低了重量并改善了部件性能。
汽車工程師學會-航空航天材料規范鈦和難熔金屬委員會(SAE-AMS)最近批準了標準航空材料規范(AMS) 6953用于ARCONIC-THOR 板材。
展開 鋁合金也能發《Science》新型室溫強化方式！
傳統金屬材料，比如鋼鐵、鋁合金等，是人類生存和發展的重要物質基礎，研究歷史久遠，相關研究突破往往具有重大意義。然而研究傳統金屬材料的科研人員都深有體會，想要做出新的重大成果非常困難。從發表論文來說，Acta Materialia (IF=6.036) 是傳統金屬材料的頂刊，而想發在Nature、Science等期刊則顯得過于遙遠。近兩年北京科技大學呂昭平團隊在Nature發表了兩篇相關文章，就曾引起廣泛關注（點此回顧查看）。
日前，來自澳大利亞莫納什大學和迪肯大學的科研人員在鋁合金方面取得了一項重要成果，通過2024、6061、7075等常規鋁合金發現了一種新型室溫下的強化方式！相關論文昨天（3月1日）發表在《Science》期刊。
論文鏈接：
http://science.sciencemag.org/content/363/6430/972
高強度鋁合金對于汽車輕量化非常重要，越來越多地用于汽車中，同時也廣泛用于飛機中。傳統的高強度鋁合金需要經過一系列高溫“烘烤”（120°至200°C），通過固溶析出形成高密度的納米粒子，阻礙位錯的運動從而達到強化的目的。
本論文中研究人員提出了一種新的強化手段，稱為循環強化（cyclic strengthening， CS)。通過控制鋁合金的室溫循環變形，可以充足連續地將空位引入材料中，并且調控超細（1至2nm）溶質團的動態析出行為達到強化的目的。與傳統的熱處理相比，這種處理方式可以獲得強度更高、塑性更好的鋁合金材料，但是所需的時間更短！獲得的微觀組織也比傳統熱處理的更加均勻，并且沒有發現無沉淀區。因此，這種鋁合金抵抗破壞的能力極有可能更加優異。
圖1為傳統析出強化工藝與新型CS強化工藝的對比。
展開 西安交大：新型鋁合金性能提高2-3個數量級！
現代科技發展對結構金屬材料提出了更加嚴格的要求，一方面希望材料更輕以滿足輕量化需求，另一方面還希望材料耐更高的溫度以保證在大動力/大功率時的服役安全。但是通常金屬材料的安全服役溫度與材料密度呈現反向關系，使得材料的選擇往往顧此失彼。
特別地，當今航空航天、交通運輸等重要領域內的許多部件/構件服役溫度逐漸跨越到250℃-400℃的范圍，但相應的輕質合金材料卻難以承受其“高溫”。相對于其它輕質金屬材料，鋁合金是最有希望在該溫度范圍內使用的輕合金。但是在傳統鋁合金中，其賴以強化的納米第二相顆粒在250℃以上溫度時將會發生嚴重的粗化，強化效果損失嚴重。
在同時外加應力的高溫蠕變情況下，傳統鋁合金材料將發生快速軟化、導致最終的失穩。如何提高納米第二相顆粒的高溫穩定性、進而改善鋁合金的抗高溫蠕變性能，成為了鋁合金甚至是輕合金體系“卡脖子”的難題。
近日，西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室博士生高一涵、楊沖與青年教師張金鈺在劉剛和孫軍教授的指導下，與美國約翰霍普金斯大學馬恩教授、重慶大學曹玲飛教授合作，在新型抗高溫蠕變鋁合金材料的研發上取得了突破。他們基于納米第二相顆粒界面原子偏聚的微觀組織設計思想，通過在原子層次解析不同溶質原子之間的交互作用，借助相關的熱力學/動力學分析，選用常見的Al-Cu合金并結合Sc元素的微合金化作用，在巧妙的熱處理工藝下，實現了Sc原子在Al2Cu強化相顆粒界面的高濃度偏聚，相當于給Al2Cu強化相顆粒穿上了一件“外衣”，顯著地抑制了該顆粒在高溫下的粗化長大。
圖1 巧妙的熱處理工藝
圖2 組織表征
同時還額外析出了穩定的Al3Sc顆粒，使得這兩類本來不在相同時效溫度范圍內析出的強化相顆粒和諧地共存。
展開 大連理工《Scripta Mater》：新型輕質高強、低成本共晶高熵合金！
圖1（a）AlCr1.3TiNi2合金宏觀形貌；（b, c）鑄態SEM圖像；（d）XRD圖；（e, f）鑄錠的EBSD圖和DSC曲線
圖2 AlCr1.3TiNi2合金的TEM圖像
圖3 AlCr1.3TiNi2合金的APT表征結果
在常溫下，AlCr1.3TiNi2和Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5具有相似的硬度值，但AlCr1.3TiNi2 EHEA在較高溫度下的性能遠遠優于Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5HEA。AlCr1.3TiNi2 800℃時的平均硬度值為490.7 HV，900℃時的平均硬度值為483.5HV，在相同溫度下，遠高于Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5HEA(約385 HV和346 HV)的值，這表明AlCr1.3TiNi2EHEA具有出色的抗高溫軟化性能。在超過800℃的溫度下，合金在超過50%的壓縮應變下沒有斷裂，這表明AlCr1.3TiNi2 EHEA具有優異的高溫塑性。AlCr1.3TiNi2 EHEA在室溫和高溫下均保持較高的比屈服強度(SYS)。
圖4 AlCr1.3TiNi2合金硬度與溫度關系比較、不同溫度下壓縮的應力應變曲線和SYS與溫度的關系比較
本文開發了一種由L21和BCC相組成的新型輕量級EHEA，Heusler型L21相首次在EHEAs中發現。通過直接凝固方法成功制造了具有均勻超細層狀結構(層間距約400nm)的千克級AlCr1.3TiNi2EHEA。與大多數報道的RHEA、HEA、EHEA和傳統合金相比，鑄態大塊EHEA具有更高的室溫高溫硬度和SYS值。AlCr1.3TiNi2 EHEA有望在高溫材料領域得到一定應用。（文：破風）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。
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青島漢纜新型鋁合金絞線技術鑒定會召開在即
據了解，中國電力企業聯合會成果鑒定辦公室定于2011年12月24日，在北京組織召開青島漢纜股份有限
公司研制的“JLHA2X/G1A-1040/75 鋼芯鋁合金型線絞線”和“JLHA3-675中強度全鋁合金絞線” 產品技
術鑒定會。
關于漢纜
青島漢纜集團有限公司是國家電線電纜主要生產廠家之一、
tongcai.mouldu.com/newslist/newstype-2/國家經貿委首批推薦的全國城鄉電網建設與改造所需設備產
品生產企業、國家經貿委520戶重點企業、國家級免檢企業。
集團擁有國際90年代先進水平的500KV及以下8條交聯電纜生產線，35KV橡纜生產線、船用、礦用電纜
生產線、光纜、數據纜生產線以及光纜、超高壓電纜檢測裝置，能生產裸電線、電氣裝備電線電纜、電力
電纜、配電類空氣加強絕緣型母線槽，5、6、7類數據纜、光纜共六大類、百余個系列、萬余種規格的產
品。2004年，國家授予“漢河”牌交聯聚乙烯電力電纜“中國名牌”產品稱號。
目前集團在全國三十多個省市設有銷售處，其產品在電力、冶金、石化、煤炭、船舶等行業深受用戶
青睞，為電力、石油、化工、鐵路、煤炭、通訊、冶金、船舶、建筑等領域提供各類優質線纜，并出口到
亞、非、拉美20多個國家和地區。
展開 NASA 2022年成就：3D打印核心級發動機、宇航服和新型金屬合金
（來源：騰訊新聞）
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本文轉載自“中國機械工程學會”，原標題《NASA 2022年成就：3D打印核心級發動機、宇航服和新型金屬合金》。
《Acta Materialia》大塑性變形制備高強高熱穩定性的新型鋁合金！
編輯推薦：本文提出了一種利用大塑性變形制備具有高強度和高熱穩定性的新型可時效強化鋁合金的方法。通過高壓扭轉使合金得到40000左右的剪切應變。理論分析了大塑性變形對顯微結構和性能的影響。本研究提出的改善Al-Zr合金的處理方法，大大提高了合金性能。
高強度鋁合金經過多年發展已經得到多種應用，尤其是汽車和航空工業領域。輕質高強鋁合金被認為是傳統鑄造Ti和Fe基合金的潛在替代品，能夠有效減少結構部件的重量。然而純鋁的低強度和低熱穩定性限制了其在結構應用中的擴展，通常加入多種合金元素細化組織，進而改善強度，通過對這些合金進行冷加工和時效處理可以強化固溶強化、沉淀強化、晶界強化和位錯強化來提高強度。在鋁合金中加入鋯（Zr）能夠有效提升合金的熱穩定性，但是Zr的問題是在固相狀態下不溶于Al，部分Zr會形成Al3Zr。由于Al-Zr的熱力學不相溶性，Al-Zr合金不被認為是高強度和時效硬化合金，這大大限制了Al-Zr合金的應用。
日本九州大學的研究人員將Al-Zr合金進行大塑性變形（SPD）-高壓扭轉（HPT），在合金中產生過飽和固溶體，探討了過飽和析出和時效對合金硬度和電導率的影響，硬度可達148Hv，可在523K下保持性能穩定。相關論文以題為“Developing age-hardenable Al-Zr alloy by ultra-severe plastic deformation: significance of supersaturation, segregation and precipitation on hardening”發表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia。
展開 《Scripta Mater》新型微觀織構設計，提升鎂合金強度和塑性！
圖1 (a)BRH織構和(b)基面織構ZTWX1100合金的EBSD圖、晶粒尺寸分布和應力應變曲線
圖2 BRH織構ZTWX1100試樣沿RD單向拉伸時的準原位組織演變及對應的(0002)極圖
圖3 不同應變下BRH織構ZTWX1100合金沿RD單向拉伸時的準原位組織演變
圖4 基面織構ZTWX1100合金沿RD單向拉伸時的準原位組織演變
不同樣品的拉伸過程中，BRH織構與基面織構相比，基面-隨機晶界(GBs)在適應高局部應力和提高BRH織構試樣延展性方面發揮重要作用。大的內部應變(接近均勻伸長率)主要集中在基面取向晶粒內，由于GB勢壘，在初期拉伸階段在隨機取向晶粒內部激活的位錯將堆積在晶界附近，隨著拉伸應變的進一步增加產生高應變梯度。
當大取向差的GB處的應變梯度達到臨界值時，將在邊界或相鄰晶粒中出現非基面滑移，因此隨著拉伸應變的增加，基面-隨機GB處的位錯相互作用，有利于將局部應力的主要載體從原始隨機取向晶粒轉變為基面取向晶粒，促進非基面滑移的激活。BRH織構樣品的較高拉伸強度源自較強的加工硬化能力。本文為通過織構協調變形改善鎂合金的機械性能提供了新的見解。（文：破風）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。
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