鋁基的案例
碳化硅顆粒增強鋁基復合材料
與傳統的金屬材料相比，顆粒增強鋁基復合材料不僅兼有金屬的高塑性、高韌性和增強顆粒的高模量、高硬度，同時具有各向同性，是應用前景很廣的材料。碳化硅顆粒增強鋁基復合材料可用來制造衛星及航空結構材料，如衛星支架、結構連接件、管材、各種型材、導彈翼、制導元件；制造飛機零部件等，發展這種材料具有重要的戰略意義。
碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，其增強體顆粒價格低廉，可用常規方法制造加工，便于批量生產。研發成本低、效果好的制備工藝是當前材料領域的一個熱點。
一、粉末冶金法。
粉末冶金法具有一些獨特的優點，如可任意調節增強相的體積分數（最高可達７０％），較準確地控制成分比，且其增強顆粒的粒徑在納米范圍內可調。此外，粉末冶金工藝的燒結溫度較低，可有效減輕增強體與基體間的有害界面反應，制得的復合材料具有良好的力學性能。近年來，進一步開發出機械合金化-粉末冶金法。該法制備的復合材料，其增強體顆粒分布均勻，粒度在納米至微米范圍內可調，增強相的體積分數可高達７０％，與基體的界面結合良好，所制備的復合材料力學性能優異。美國ＤＷＡ 公司采用機械合金化-粉末冶金法生產了碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，已將其應用于汽車、飛機、航天器等。
二、壓力鑄造法。
此法是將液態或半液態金屬基復合材料或金屬以一定速度填充壓鑄模型腔，或增強材料預制體的空隙中，在壓力作用下使其快速凝固成形而制備出金屬基復合材料，包括擠壓鑄造法、離心鑄造法、氣體壓力滲透鑄造法等。目前，生產應用中使用較多的是擠壓鑄造法，其具體方法是：首先把碳化硅顆粒增強相以適當的粘結劑粘結制成預制塊，然后裝入鑄模，澆入精煉的鋁基體金屬熔體，并立即加壓使熔融的金屬熔體浸滲到預制塊中，凝固之后即得碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。
展開 電機轉子實現減重40% Alvant鋁基復合材料還可降制造成本
據外媒報道，創新英國(Innovate UK)的“Make it Lighter with Less”(用更少材料實現更輕)項目研發競賽發現，尋求顯著提高電機效率和性能的工程師可以從鋁基復合材料(AMC)中受益。
金屬基復合材料是采用高性能輔助材料增強的金屬材料。一般來說，輔助材料的形式是長纖維、短纖維或顆粒狀。
該項目由英國鋁基復合材料專家Alvant公司與通用航空公司(GE Aviation)、YASA Motors公司及英國國家復合材料中心(National Composites Center)共同開展，在軸向磁通電機的轉子上實現了40%的減重，同時提高了轉子的功率慣性比。此外，裝配線數量也減少了，從而縮短了裝配時間。
隨著電氣化趨勢發展，汽車制造商們都在需求優化電機效率的方法。如，通過提高扭矩和速度的效率，最終確定車輛的能量消耗。該行業面臨著確定提高效率和性能方法，同時簡化制造和降低總成本的挑戰。
Alvant專有的鋁基復合材料可讓組件能夠在需要時精確地針對強度重量比以及堅固度重量比進行優化。Alvant專有的先進液壓成型(ALPF)方法可以使用其中一種性能材料以接近凈形狀的制造方法，選擇性地增強組件的一部分。或者，Alvant的材料可作為離散插入物應用于組件中，從而達到節省成本的目的。
通過在轉子中采用鋁基復合材料，Alvant在軸向磁通電機應用中，減輕了重量。該部件重量減輕意味著可實現精簡，工程師們可以減少所需的固定螺栓的數量，減少材料使用和裝配時間。
盡管創新英國/YASA項目專注于乘用車電機轉子，但Alvant公司自己的研究項目證明了在航空航天、汽車、國防、消費品和運動設備等多個高應力或高溫應用中，采用鋁基復合材料可取得的成果。
展開 dyna模擬鋁基材料噴涂 ￥48
1.工況介紹如下，熱固耦合下鋁基及陶瓷球對鋼板表面噴涂，最終貼附在鋼板表面，具體工況如下圖；
圖 1 噴涂工況介紹
2. 不同時刻的噴涂結果如下
圖 2 噴涂結果一
圖 3 噴涂結果二
圖 4 噴涂結果三
圖 5 噴涂鋁基溫度
圖 6 噴涂鋁基表面溫度
注收費內容為k文件，支持答疑，答疑方式及K文件見收費內容
展開 我國研制出石墨烯基鋁燃料電池發電系統
金屬燃料電池，又稱為金屬空氣電池或金屬空氣燃料電池，是一種將鎂、鋁等輕金屬為燃料的化學能直接轉化為電能的裝置。它具有能量密度高、低熱輻射、低噪音、儲存時間久、放電壽命長、適配溫度范圍寬、安全系數高、資源豐富及綠色無污染等優勢，在智能電網、基站備用電源、島礁供電、軍事設施備用電源及電動汽車增程器等領域具有廣泛的應用前景。
一直以來，鋁燃料電池面臨諸多技術瓶頸，如錳氧化物催化劑活性不高、空氣陰極極化電阻較大、陽極鋁析氫自腐蝕嚴重、熱控制難及難以二次啟動等，使得鋁燃料電池產業化應用進展緩慢。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室的研究團隊始終秉持把科技變成生產力的理念，歷時近五年時間，在電池設計及系統集成技術方面進行了深入研究。2015年成功研制出能量密度400Wh/kg、容量3kWh、輸出功率300W的鎂燃料電池發電系統。2017年開發出高性能石墨烯基鋁燃料電池核心部件（如圖1），并成功研制出能量密度510Wh/kg、容量20kWh、輸出功率1000W的基于石墨烯空氣陰極的鋁燃料電池發電系統。
圖1 石墨烯基鋁燃料電池結構示意圖和核心部件
近期，該研究團隊聯合浙江省石墨烯制造業創新中心研發團隊大力推進鋁燃料電池的工藝開發和工程樣機研制，成功研制出能量密度高達545Wh/kg、容量達130kWh的石墨烯基鋁燃料電池發電系統（見圖2）。
圖2 1000W及3000W石墨烯基鋁燃料電池發電系統
該系統由6個10單元電池串聯電池堆的陣列組成。測試結果表明，50A電流放電功率可達到3000W，峰值功率預計可高達4800W（見圖3）。
圖3 3000W石墨烯基鋁燃料電池發電系統性能曲線
該電池系統有望應用于電動汽車等的動力電源或備用電源。
展開 
上交《AFM》：一種無粘結劑方法構建鋁基MOF，優異吸水性能！
以鋁基體溶解后的鋁離子為原料，通過原位合成Al基金屬氧化物薄膜(MIL-96和MIL-100)，在鋁基體上制備了生長良好的多晶Al-MOF層。本文對MOF涂層的形貌和化學成分進行了系統的表征，并提出了一種pH控制策略來調節復合MOF的相對比例。重要的是，金屬氧化物-非金屬結構表現出超高的吸水量(192.5 g m?2)，這是所有已報道的干燥劑涂層金屬結構中最高的，并且具有優異的循環穩定性。在此基礎上，對采用金屬-金屬復合結構的除濕熱泵系統的性能進行了預測，結果表明，該系統的運行周期比采用粘結劑硅膠涂層的系統長80%，平均除濕量可達8.36g kg-1。
綜上所述，該方法能夠形成無粘結劑、低成本、高性能的MOF涂層，在高效節能吸附領域具有廣闊的應用前景。相關文章以“Binder-Free Growth of Aluminum-Based Metal–Organic Frameworks on Aluminum Substrate for Enhanced Water Adsorption Capacity”標題發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202105267
圖1.MOF-on-Metal結構的建立：a)雜化鋁基MOF的一步合成。b)MIL-96(Al)和MIL-100(Al)的晶體結構。c)準備好的樣品的照片(干燥前和干燥后)。d)在數碼顯微鏡下觀察樣品的橫截面形態。
展開 電機轉子實現減重40% 還可降制造成本
創新英國（Innovate UK）的“Make it Lighter with Less”（用更少材料實現更輕）項目研發競賽發現，尋求顯著提高電機效率和性能的工程師可以從鋁基復合材料（AMC）中受益。
據外媒報道，創新英國（Innovate UK）的“Make it Lighter with Less”（用更少材料實現更輕）項目研發競賽發現，尋求顯著提高電機效率和性能的工程師可以從鋁基復合材料（AMC）中受益。
金屬基復合材料是采用高性能輔助材料增強的金屬材料。一般來說，輔助材料的形式是長纖維、短纖維或顆粒狀。
該項目由英國鋁基復合材料專家Alvant公司與通用航空公司（GE Aviation）、YASA Motors公司及英國國家復合材料中心（National Composites Center）共同開展，在軸向磁通電機的轉子上實現了40%的減重，同時提高了轉子的功率慣性比。此外，裝配線數量也減少了，從而縮短了裝配時間。
隨著電氣化趨勢發展，汽車制造商們都在需求優化電機效率的方法。如，通過提高扭矩和速度的效率，最終確定車輛的能量消耗。該行業面臨著確定提高效率和性能方法，同時簡化制造和降低總成本的挑戰。
Alvant專有的鋁基復合材料可讓組件能夠在需要時精確地針對強度重量比以及堅固度重量比進行優化。Alvant專有的先進液壓成型（ALPF）方法可以使用其中一種性能材料以接近凈形狀的制造方法，選擇性地增強組件的一部分。或者，Alvant的材料可作為離散插入物應用于組件中，從而達到節省成本的目的。
通過在轉子中采用鋁基復合材料，Alvant在軸向磁通電機應用中，減輕了重量。該部件重量減輕意味著可實現精簡，工程師們可以減少所需的固定螺栓的數量，減少材料使用和裝配時間。
展開 淺析基于鋁門外板模具關鍵技術解決方案
來源：《鍛造與沖壓》雜志2023年第12期/ 全文1993字，閱讀需要5分鐘
文／胡勇，董智超，袁安剛，尚明晶
隨著汽車輕量化的發展趨勢，全鋁車身或部分鋁基沖壓件替代鋼在國內外車型應用越來越多，這也給沖壓模具帶來新的挑戰和變革，沖壓模具開發企業需要在鋁板模具開發方面進行研究，積累經驗，迅速解決鋁合金材料帶來的新問題。
鋁基材料自身材料屬性導致其成形困難，回彈可控難度大，因此前期設計階段尤為重要。本文以鋁基門外板為素材淺顯論述前期設計階段的三種關鍵影響要素，針對此三種要素中可控因素，在沖壓過程中如何高效、高質量地進行工藝優化，提供有效的解決方案。
產品介紹
鋁基門外板產品造型與傳統鋼基產品不同，多數采用隱藏式手扣，產品曲面更加平順，圓角更大，產品前期盡可能降低其面品和尺寸風險。產品材質為6系鋁合金。產品回彈特別難以控制，因此前期沖壓工藝設計尤為重要，同時前期回彈補償至關重要。產品簡圖如圖1 所示。
圖1 產品RPS 點及匹配區域示意圖
工藝規劃
全鋁封閉自動線生產方式
工藝規劃為4 序：OP10 拉延→OP20 修邊、沖孔、側修邊→OP30修邊、側修邊、翻邊→ OP40翻邊、整形。工藝規劃簡圖如圖2 所示。
圖2 工藝規劃簡圖
工藝規劃要點布局
產品材質為6 系鋁合金，成形方式采用拉延形式，基于過往項目數據庫已有關鍵參數，針對拉延筋、縮比、符型要求等相關全流程設計標準快速進行設計開發；針對材質波動、收料線、壓料翻邊這三種影響產品質量關鍵因素，通過數據庫及CAE 模擬增強了前期產品質量風險識別，做出針對性措施，主要通過如下方案予以控制解決。
展開 增強鋁合金沖壓件性能要用到的強化方法
為了滿足鋁合金沖壓件的某些性能，需要對鋁及其合金采取一些強化方法，下面來看下這些強化方法是什么，通過這些強化方法，能增強鋁合金沖壓件的哪些性能。
1.固溶強化
在純鋁中加入合金元素（Si、Cu、Mg、Zn、Mn、Ni...等），形成鋁基固深體，從而提高鋁合金的力學性能；
2.時效強化
合金元素在鋁中的固溶度隨溫度的降低而減少，通過加熱到一定溫度、保溫、淬火而得到過飽和的鋁基固溶體，過飽和的鋁基固溶體，過飽和的鋁基固溶體在室溫下放置一段時間，或加熱到某一溫度，其強度、硬度隨時間的延長而增高，塑性、韌性降低。在室溫下放置產生時效的現象叫自然時效，加熱產生時效的現象叫人工時效；
3.過剩相強化
合金元素超過其極限溶解度時，這些合金元素與鋁或元素間形成硬而脆的金屬間化合物，在合金中起阻礙滑移和位錯運動的作用，使用強度、硬度、塑性、韌性降低；
4.變質處理
加入微量元素（鈦、鋯、鈹、鍶、稀土等），在合金結晶時，作為晶核，起細化晶粒作用，提高合金的強度和塑性；
在鋁合金液中加入微量鈉或鈉鹽作為變質劑，進行變質處理，細晶粒可以提顯著提高其強度和塑性。
5.冷作硬化
金屬材料在再結晶溫度以下變形，變形后材料即被強化，強化的程度隨變形程度、變形溫度及材料的性質而不同。同種材料，在同一溫度下冷變形時，其變形程度越大，則強度越高。這是不能熱處理的防銹鋁合金和純鋁的強化方法。
展開 航空發動機上典型復合材料的應用
GE公司采用陶瓷基復合材料葉片的渦輪轉子
金屬基復合材料
金屬基復合材料是唯一正在研制并具有固有延展率的強基體復合材料。在航空領域尤其是航空發動機上應用最多的主要是鈦基復合材料（Ti-MMC）和鋁基復合材料（Al-MMC）。
鈦基復合材料
Ti-MMC主要應用于航空發動機的壓氣機整體葉環、空心風扇葉片、低壓軸和作動桿等零部件上。
鋁基合金復合材料
Al-MMC是工作溫度不超過150℃的航空發動機低壓壓氣機和外涵等部件最具應用潛力的材料，可以替換鋁合金，在質量沒有改變的同時提高了性能。
普惠公司為F119發動機開發并驗證了鈦基復合材料擴散噴管作動筒活塞部件，這也是F-22戰斗機上的第一個使用鈦基復合材料的零件。
普惠公司在PW4000發動機中，使用鋁基合金復合材料作為風扇出口導流葉片的制造材料。
作為風扇出口導流葉片或壓氣機靜子葉片，鋁基合金復合材料的耐沖擊（冰雹、鳥撞等外物打傷）能力比樹脂基復合材料（石墨纖維/環氧）好，且易于發現損傷。此外，鋁基合金復合材料還具有七倍于樹脂基復合材料的抗沖蝕（沙子、雨水等）能力，而使用成本只有樹脂基復合材料的三分之二。
過去，航空發動機性能的提高有三分之一歸功于新材料的采用，今后這個比例還將升高。如今，環境與能源問題逐漸成為人們關注的焦點，復合材料作為末來材料發展的主流，必將發揮更重要的作用。（來源：中國航發研究院）
展開 金屬所《Science》子刊：輕質高強度高穩定的無裂紋納米多孔鋁！
目前的研究還表明，
將結構尺寸細化到亞微米或納米尺度可能會大大提高多孔鋁或泡沫鋁在結構應用中的性能，
因為結構細化不僅引入了尺寸效應，而且還放大了鈍化氧化物對強度的影響
。
目前，納米多孔鋁基樣品的厚度受到離子液體中 GRR 緩慢速率的限制。
需要進一步的研究來開發更簡單、更
有效和更具成本效益的路線來制造
大規
模、高質量和
更具延展性的納米多孔鋁基材料，這對于實際應用至關重要。
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合金強化機制到底有哪些？
鋁合金強化機制有哪些？
1.固溶強化
純鋁中加入合金元素，形成鋁基固溶體，造成晶格畸變，阻礙了位錯的運動，起到固溶強化的作用，可使其強度提高。根據合金化的一般規律，形成無限固溶體或高濃度的固溶體型合金時，不僅能獲得高的強度，而且還能獲得優良的塑性與良好的壓力加工性能。Al－Cu、Al－Mg、Al－Si、Al－Zn、Al－Mn等二元合金一般都能形成有限固溶體，并且均有較大的極限溶解度（見表9-2），因此具有較大的固溶強化效果。
2．時效強化
合金元素對鋁的另一種強化作用是通過熱處理實現的。但由于鋁沒有同素異構轉變，所以其熱處理相變與鋼不同。鋁合金的熱處理強化，主要是由于合金元素在鋁合金中有較大的固溶度，且隨溫度的降低而急劇減小。所以鋁合金經加熱到某一溫度淬火后，可以得到過飽和的鋁基固溶體。這種過飽和鋁基固溶體放置在室溫或加熱到某一溫度時，其強度和硬度隨時間的延長而增高，但塑性、韌性則降低，這個過程稱為時效。在室溫下進行的時效稱為自然時效，在加熱條件下進行的時效稱為人工時效。時效過程中使鋁合金的強度、硬度增高的現象稱為時效強化或時效硬化。其強化效果是依靠時效過程中所產生的時效硬化現象來實現的。
3．過剩相強化
如果鋁中加入合金元素的數量超過了極限溶解度，則在固溶處理加熱時，就有一部分不能溶入固溶體的第二相出現，稱為過剩相。在鋁合金中，這些過剩相通常是硬而脆的金屬間化合物。它們在合金中阻礙位錯運動，使合金強化，這稱為過剩相強化。在生產中常常采用這種方式來強化鑄造鋁合金和耐熱鋁合金。過剩相數量越多，分布越彌散，則強化效果越大。但過剩相太多，則會使強度和塑性都降低。過剩相成分結構越復雜，熔點越高，則高溫熱穩定性越好。
展開 
模型分享012——二維隨機顆粒建模及仿真應用 ￥99
圖3 隨機直徑顆粒建模
簡單嘗試
通過腳本文件生成了在0.075-0.125mm范圍內的隨機顆粒，模擬明膠微球，基體材料為生物材料GelMA,采用一端擠壓的方式模擬“明膠顆粒—GelMA”混合墨水的擠壓狀態和應力變化情況，以及鋁基復合材料的車削過程，分析顆粒在受力時發生的變化。
圖4 “明膠顆粒—GelMA”應力分布圖
圖5 鋁基復合材料車削應力分布圖
擴展應用
通過腳本文件生成的隨機顆粒，不僅可以模擬“明膠顆粒和GelMA”混合墨水在擠出式打印中的形變和受力，甚至還可以模擬“明膠顆粒—GelMA—氣泡”這種復雜混合模型在擠出式打印中的延遲和形變情況，對于精確控制墨水的擠出量具有一定的應用前景。
圖6 多材料仿真模型構建
通過添加微信或者QQ可獲得操作視頻（已錄制隨時可發，未錄制需要一周制作）
WeChat & QQ：1489785835
仿真軟件ABAQUS 6.14-1
付費描述
二維隨機顆粒建模的仿真CAE文件和Python代碼，以及代碼的最便捷使用方式，可以實現零基礎的隨機顆粒建模操作，包學包會，。（無需子程序）
展開 核乏燃料運輸容器減震器刺穿仿真
核裝備減震填充材料的應力平臺處于10-20MPa之間較為合理[5]，本項目首先制備了一種均質多孔鋁基減震器，通過小尺寸試驗獲得了力學性能，將其材料屬性應用于核乏燃料運輸容器減震器上，利用有限元的方法，分析減震器在刺穿情況下對容器內部的保護作用。
2.仿真過程
乏燃料運輸容器在運輸途中要遵循相應的規則，常用的準則[6]為GB11806，其中包括9m跌落安全試驗與1m刺穿試驗。本項目主要分析1m刺穿環境下對減震器的影響。
本項目采用的模型為NAC-STC型運輸容器（圖1），其體積質量采用論文[7]的參數，減震器材料使用我們自制的均質多孔鋁基減震器，相應的參數如表1所示。采用ansys workbench lsdyna進行仿真設計，因為容器主體幾乎不受到外載荷，因此采用現彈性本構關系；減震器要承受很大的外載，出現大變形現象，在此采用Cowper Symonds piecewize linear hardening本構。
分析過程如下（流程圖2），首先用solid works設計出運輸容器的結構，為簡化后邊的分析計算，本項目中制備的運輸容器主要包括三個方面，即上減震器，下減震器與中間容器主體；垂直刺穿時，下減震器的底面中間部分放置一圓臺柱體模擬刺穿障礙物，水平刺穿時，下減震器圓柱面中間部分放置一圓臺柱體模擬刺穿障礙物（圖3）。之后將模型以.IGS格式導入workbench-lsdyna中，進行分析。
展開 基于參數優化的 LED 驅動電路 PCB 熱仿真分析
14?采用FR4介質的Ⅱ型PCB面積約為Ⅰ型PCB面積的2.5倍,其元件的仿真溫度較Ⅰ型PCB下降約17~25℃,在Ⅱ型PCB的基礎上做更加密集的過孔放置得到Ⅲ型PCB,元件的仿真溫度繼續下降約0.5~5℃?采用鋁基介質時,Ⅰ型PCB的各元件仿真溫度較采用FR4介質普遍降低6~18℃,Ⅱ型和Ⅲ型PCB仿真溫度較使用FR4介質時普遍下降6~14℃?其中鋁基板Ⅰ型氛圍燈由于尺寸的限制,LED的仿真溫升最低為62.4℃,不符合設計要求,而鋁基板Ⅱ型氛圍燈PCB和鋁基板Ⅲ型氛圍燈PCB已經完全滿足設計要求?
結論
本文通過熱仿真分析方法,實現了氛圍燈LED的PCB熱性能的優化?在原有的Ⅰ型氛圍燈PCB設計不符合溫度要求的基礎上,借助熱仿真分析了該設計的不足?通過增大設計尺寸和增加過孔,設計了改善的Ⅱ型和Ⅲ型氛圍燈PCB,但是仍不滿足車規級溫升要求?最后通過改變PCB的基材介質為鋁基介質,借助于熱仿真,論證了鋁基材質的Ⅱ型和Ⅲ型氛圍燈PCB的設計滿足車規級要求?
【參考文獻】
[1]劉兆洪,龐傳和.
展開 中南大學李瑞迪教授：增材制造高強度鋁合金粉末成分設計、制備與應用
以探月、火星探測、空間站建設等為代表的我國航天事業正蓬勃發展，針對航空航天領域三類典型應用材料（即鋁、鈦、鎳基合金及其金屬基復合材料）、四類典型結構（大型金屬結構、復雜整體結構、輕量化點陣結構、多功能仿生結構等），鋁合金激光增材制造（SLM） 完美契合，有望成為下一代運載火箭、衛星等核心零部件成形的關鍵技術。因此，開發出新一代增材制造高強鋁合金，已經成為當前航天增材領域亟待完成的一個重要基礎研究任務。
▲SLM機理（圖片來源：楊永強等.金屬零件激光選區熔化3D打印裝備與技術）
基于粉床自動鋪粉的選區激光熔化（SLM）技術利用高能激光熔化處于松散狀態的粉末薄層（厚度通常為20～50μｍ），基于粉床逐層精細鋪粉、激光逐層熔凝堆積的方式，成形任意復雜形狀的高致密度構件。SLM技術成形精度高，對特殊復雜結構（如懸垂結構、薄壁結構、復雜曲面、空間點陣等）制造的適用程度高，其發展方向是實現中小型復雜構件直接精密凈成形，為高性能復雜結構金屬構件的低成本、短周期、凈成形制造提供一體化解決方案。
對于激光增材制造而言，鋁基材料是典型的難加工材料，這是由其特殊的物理性質（低密度、低激光吸收率、高熱導率及易氧化等）決定的。從增材制造成形工藝角度看，鋁合金的密度較小，粉體流動性相對較差，在SLM成形粉床上鋪放的均勻性較差，故對激光增材制造裝備中鋪粉系統的精度及準確性要求較高。未熔化前，鋁對CO2激光的初始吸收率僅為９％，而其熱導率高達237Ｗ/（ｍ·Ｋ），為鐵的3倍、鈦的16倍，通常的低功率CO2激光難以使鋁粉體發生有效熔化。
展開 