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

這對汽車行業(yè)這樣的行業(yè)來說是個(gè)好消息，因?yàn)橹圃鞓I(yè)的高成本歷史上限制了粉末制成的高強(qiáng)度鋁合金的使用。

該團(tuán)隊(duì)的研究在2019年6月出版的Materialia上發(fā)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。

走出常規(guī)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(yè)航空航天應(yīng)用，其成本不是限制因素。然而，這些合金通常對于汽車工業(yè)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(gè)步驟來批量生產(chǎn)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(yù)熱，并放入擠壓機(jī)中。在擠出之后，將罐移除或“潷析”，以顯示由固結(jié)粉末制成的擠出部件。

在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)取消了許多這些步驟，使用PNNL的剪切輔助加工和擠出技術(shù)或ShAPE?直接從粉末中擠出納米結(jié)構(gòu)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(yù)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(zhuǎn)擠出模頭壓入粉末中，在粉末和模頭之間的界面處產(chǎn)生熱量。該材料柔軟且易于擠出，無需罐裝，脫氣，熱壓，預(yù)熱和潷析。

“這是第一個(gè)使用ShAPE?等單步工藝將鋁合金粉末合并成納米結(jié)構(gòu)擠壓件的實(shí)例，”負(fù)責(zé)該研究的PNNL材料科學(xué)家Scott Whalen說。

他補(bǔ)充說：“消除加工步驟和預(yù)熱需求可以大大縮短生產(chǎn)時(shí)間，降低產(chǎn)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(fèi)者提供更實(shí)惠，更輕便，更省油的產(chǎn)品。“

除了提供Al-12.4TM粉末外，SCM Metals Products，Inc。還進(jìn)行了機(jī)械測試，以驗(yàn)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(shù)轉(zhuǎn)型辦公室的項(xiàng)目，以擴(kuò)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(tuán)隊(duì)唯一成功的發(fā)現(xiàn)。

雖然高性能鋁合金歷史上表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度，但它們通常受到延展性差的阻礙。然而，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)ShAPE?生產(chǎn)的擠出的延展性得到顯著改善，測量的延展性是傳統(tǒng)擠出產(chǎn)品的兩到三倍，并且具有相同的強(qiáng)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(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，ShAPE?方法改進(jìn)了粉末中的第二相 - 非鋁材料的微小強(qiáng)化顆粒。ShAPE?可將顆粒縮小至納米級尺寸，并將其均勻分布在整個(gè)鋁基體中，從而提高延展性。

故事來源：

材料由DOE /太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室提供。?