近日，美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員驗(yàn)證了一種先進(jìn)的制造工藝，可以直接從高性能鋁合金粉末生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)棒、管。采用新型固相處理方法，該研究團(tuán)隊(duì)縮減了鋁合金粉末傳統(tǒng)擠壓加工過程中的幾個(gè)步驟，同時(shí)顯著提高了產(chǎn)品的延展性。
長期以來，航空航天領(lǐng)域一直利用由粉末制成的高性能鋁合金，制造輕量級(jí)部件，然而這些合金對(duì)于汽車工業(yè)來說太昂貴。典型的鋁合金粉末擠出工藝是高耗能和工藝密集型，需要多個(gè)步驟來批量生產(chǎn)。首先，必須把松散的粉末裝進(jìn)罐里，然后真空抽氣，這叫做“脫氣”；接著密封罐體、熱壓、預(yù)加熱、放入擠壓機(jī)，擠出后，移除罐體或“倒空”，露出由固結(jié)粉末構(gòu)成的擠出部分。
但是在這項(xiàng)研究中，研究小組去除很多步驟，使用剪切輔助加工和擠壓技術(shù)（簡稱ShAPE），只需一步，便可直接從粉末中擠出納米結(jié)構(gòu)鋁棒。將粉末倒入開放容器中，然后將旋轉(zhuǎn)的擠壓模具壓入粉末中，在粉末與模具的交界面產(chǎn)生熱量。該材料軟化后易于擠出，不需要罐裝、脫氣、熱壓、預(yù)熱和除罐。
PNNL材料科學(xué)家Scott Whalen領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究。他說：“這是首次公開發(fā)表的此類實(shí)例，使用ShAPE之類單步工藝，將鋁合金粉末固化成納米結(jié)構(gòu)擠壓件。減少鋁管加工步驟和加熱過程，將大大減少生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)降低成本和產(chǎn)品內(nèi)部吸收的能量，可以幫助汽車制造商，生產(chǎn)更便宜、更輕、更省油的乘用車?！?br/>縮減加工步驟和加熱并不是該團(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，研究小組發(fā)現(xiàn)，采用ShAPE技術(shù)擠出的鋁合金，鋁管加工延展性明顯得到改善，是常規(guī)擠壓產(chǎn)品的二至三倍，而且強(qiáng)度相當(dāng)。
為了解其中原因，研究人員采用透射電子顯微鏡，觀察粉末和擠出材料的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，ShAPE技術(shù)能夠細(xì)化非鋁材料的微小強(qiáng)化顆粒，使其尺寸縮減至納米級(jí)，并均勻分布在鋁基體上，從而提高延展性。

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