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鋁型材鋁合金新制造工藝:直接從高性能鋁合金粉末生產納米結構

2019-10-03

采用新型固相處理方法,研究團隊取消了鋁合金粉末傳統擠壓加工過程中所需的幾個步驟,同時還顯著提高了產品的延展性(材料在斷裂前可以拉伸多遠)。

這對汽車行業這樣的行業來說是個好消息,因為制造業的高成本歷史上限制了粉末制成的高強度鋁合金的使用。

該團隊的研究在2019年6月出版的Materialia上發表的論文“由摩擦擠出制成的粉末高延展性鋁合金”中有所描述。


鋁合金鋁型材新技術

走出常規擠壓

由粉末制成的高性能鋁合金長期以來一直用于輕型部件,用于專業航空航天應用,其成本不是限制因素。然而,這些合金通常對于汽車工業來說太昂貴。

鋁合金粉末的典型擠出工藝是能量和工藝密集的,需要多個步驟來批量生產材料。首先,必須將松散的粉末裝入罐中并使用真空除去氣體,這被稱為“脫氣”。然后將罐密封,熱壓,預熱,并放入擠壓機中。在擠出之后,將罐移除或“潷析”,以顯示由固結粉末制成的擠出部件。

在這項研究中,該團隊取消了許多這些步驟,使用PNNL的剪切輔助加工和擠出技術或ShAPE?直接從粉末中擠出納米結構鋁棒。

鋁合金直接從粉末冶金,罐裝,脫氣,熱等靜壓,脫罐和鋼坯預熱中擠出

在ShAPE?工藝中,將粉末 - 在這種情況下,由Kymera International的分公司SCM Metal Products,Inc。提供的Al-12.4TM鋁合金粉末 - 倒入敞口容器中。然后將旋轉擠出模頭壓入粉末中,在粉末和模頭之間的界面處產生熱量。該材料柔軟且易于擠出,無需罐裝,脫氣,熱壓,預熱和潷析。

“這是個使用ShAPE?等單步工藝將鋁合金粉末合并成納米結構擠壓件的實例,”負責該研究的PNNL材料科學家Scott Whalen說。

他補充說:“消除加工步驟和預熱需求可以大大縮短生產時間,降低產品的成本和整體嵌入能量,這對于想要制造乘用車的汽車制造商來說可能是有益的。為消費者提供更實惠,更輕便,更省油的產品?!?/span>

除了提供Al-12.4TM粉末外,SCM Metals Products,Inc。還進行了機械測試,以驗證所得材料的性能。PNNL和SCM Metal Products,Inc。目前正在合作開展DOE技術轉型辦公室的項目,以擴大更大直徑擠壓的工藝。


延展性

消除加工步驟和減少加熱并不是團隊成功的發現。

雖然高性能鋁合金歷史上表現出優異的強度,但它們通常受到延展性差的阻礙。然而,該團隊發現ShAPE?生產的擠出的延展性得到顯著改善,測量的延展性是傳統擠出產品的兩到三倍,并且具有相同的強度。

為了理解延展性顯著增加的原因,使用透射電子顯微鏡來評估粉末和擠出材料的微觀結構。結果表明,ShAPE?方法改進了粉末中的第二相 - 非鋁材料的微小強化顆粒。ShAPE?可將顆??s小至納米級尺寸,并將其均勻分布在整個鋁基體中,從而提高延展性。


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