最近，天津大學(xué)材料學(xué)院教授何春年團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種新型氧化物彌散強(qiáng)化鋁合金。這項(xiàng)研究將鋁合金的服役溫度從350℃提升至500℃，攻克了鋁合金在高于400℃的高溫環(huán)境中應(yīng)用時(shí)遇到的困難。
鋁合金是一種常用的結(jié)構(gòu)材料，具有重量輕、強(qiáng)度高和良好的加工性能等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車制造和工程建設(shè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)鋁合金在高溫環(huán)境中容易軟化、失去強(qiáng)度，限制了其應(yīng)用范圍。為了解決這一難題，何春年教授團(tuán)隊(duì)通過對(duì)鋁合金進(jìn)行改性，成功提高了其耐熱性能。他們利用超分散氧化物的強(qiáng)化效應(yīng)，將納米級(jí)的氧化物顆粒均勻分散于鋁合金基體中，形成了一種新型復(fù)合材料。
研究表明，這種新型氧化物彌散強(qiáng)化鋁合金在500℃的高溫下依然保持較高的強(qiáng)度和抗變形能力。通過優(yōu)化復(fù)合材料的組成和制備工藝，研究團(tuán)隊(duì)成功解決了鋁合金在高溫條件下易軟化、失去強(qiáng)度的問題。該研究成果被發(fā)表在國(guó)際知名科學(xué)期刊《自然材料》上，題為“超分散氧化物強(qiáng)化的耐熱鋁合金”。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于提高鋁合金的高溫應(yīng)用能力具有重要意義，有望推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
圖為超細(xì)氧化物納米顆粒在鋁基體中的均勻分散。
航空航天、交通運(yùn)輸?shù)戎匾I(lǐng)域提速減重的重大需求，對(duì)輕質(zhì)金屬材料的耐熱性能提出了更高要求。盡管鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)勢(shì)，但由于其耐熱性差，在當(dāng)前航空航天領(lǐng)域最為關(guān)心的350℃—500℃溫度區(qū)間，鋁合金的高溫性能急劇衰減成為制約結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、影響服役安全的關(guān)鍵短板。因此，持續(xù)推進(jìn)高性能耐熱鋁合金的研發(fā)工作，特別是面向350℃—500℃的耐高溫鋁合金材料，具有重要意義。
圖為材料優(yōu)異的室/高溫力學(xué)性能。
為此，何春年團(tuán)隊(duì)通過在鋁合金中引入高含量、超細(xì)尺寸、均勻分散的納米氧化物顆粒，成功提升了鋁合金的耐高溫性能。在研究中，該團(tuán)隊(duì)提出了全新的制備思路，解決了困擾已久的納米顆粒的分散難題，將理論上最理想的材料轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。最終，研制的新型鋁合金在500℃的拉伸強(qiáng)度(200兆帕)相比傳統(tǒng)鋁合金提高了6倍以上，高溫穩(wěn)定性提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖為材料優(yōu)異的蠕變性能。
研究工作發(fā)表后，國(guó)際知名金屬材料專家、法國(guó)格勒諾布爾國(guó)立理工學(xué)院Alexis Deschamps教授對(duì)這一工作的重要性和潛在影響做了詳細(xì)的評(píng)論和深入解讀，認(rèn)為該工作“發(fā)展了新型超細(xì)納米氧化物彌散強(qiáng)化合金設(shè)計(jì)新策略，使得所制備的鋁合金在高達(dá)500℃時(shí)仍具有前所未有的拉伸強(qiáng)度和抗高溫蠕變性能，為鋁合金在高溫環(huán)境中的應(yīng)用開辟了嶄新領(lǐng)域”。
圖為材料優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。
何春年說：“這一新工藝過程簡(jiǎn)單、物料成本低廉、易于規(guī)?；a(chǎn)，因而具有顯著的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。我們正在與行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)與科研院所合作開展面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)與航天重要部件用耐熱鋁合金的制備研究，大力推進(jìn)該材料的產(chǎn)業(yè)落地?！?/span>
未來，何春年教授團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步深入研究該新型氧化物彌散強(qiáng)化鋁合金的性能和應(yīng)用。他們希望通過不斷優(yōu)化材料的組織結(jié)構(gòu)和制備工藝，進(jìn)一步提高鋁合金的耐熱性能，拓展其在更高溫度條件下的應(yīng)用領(lǐng)域。
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