打破极限 天大团队新办法制备耐500℃ 超强铝合金

  轻质高强耐热铝合金是航空航天、交通运输等范畴需求日益火急的重要根底资料。氧化物弥散强化（ODS）合金具有高的耐热性和高温力学功能，如能在铝合金内引进细微弥散散布的氧化物纳米颗粒有望大幅度进步其耐热功能。但是现在，这种合金主要是经过内氧化或金属基体复原等化学办法制备，该办法不适用于铝、钛、镁等不行化学复原轻质金属。为此，天津大学资料学院何春年教授团队创新地提出了一种“界面置换”涣散战略，成功完成了约5纳米的氧化物颗粒在铝合金中的单粒子级均匀散布，从而使所制备的氧化物弥散强化铝合金在高达500 ℃的温度下依然具有前所未有的抗拉强度（约200 兆帕）与抗高温蠕变功能。该工艺进程简略、物料本钱低价、易于规模化出产，因此具有十分显着的工业使用价值。

  相关研究成果以“超涣散氧化物强化的耐热铝合金”为题发表于《天然资料》（Nature Materials）期刊上。论文榜首作者为博士生白翔仁，通讯作者为何春年教授与张翔副研究员，协作作者有天津大学赵乃勤教授、赵冬冬副教授、刘恩佐副教授、戎旭东副研究员、博士生谢昊男、河北工业大学靳慎豹教授。该作业得到了国家杰出青年基金、国家天然科学基金重点项目等项目的赞助。

  航空航天、交通运输等范畴提速减重的严重需求对轻质金属资料的耐热功能提出了更加高的要求，传统铝合金因为高温下分出相粗化力学功能急剧下降，300 ℃以上执役功能已达瓶颈，300 ℃ 抗拉强度小于200 兆帕，500 ℃ 抗拉强度则小于50 兆帕。关于当时航空航天等重要范畴最为关怀的300~500 ℃温度区间，铝合金使役时呈现的力学功能敏捷阑珊成为大动力/大功率作业条件下限制结构设计、影响执役安全的要害短板。

  现在，进步铝合金耐热功能的途径主要有两个：一是提高分出相的耐热性；另一条出路是引进高稳定性的陶瓷相纳米颗粒。比较于前者，陶瓷颗粒一般具有较高的熔点（1000 ℃）与弹性模量，因此具有更高的耐热性和变形稳定性。其间，氧化物陶瓷颗粒因为具有优秀的强度、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、低本钱等特性，备受研究者喜爱，如研究者在很多金属系统（如铁、铜、镍、钼等）中经过原位组成氧化物纳米颗粒的思路完成了优异的高温力学功能。但是，以上完成弥散散布的原理是根据氧化物颗粒在基体内溶解分出或是液相混合后将金属前驱体复原成金属基体，关于与氧反响活性高、不行化学复原的轻金属资料如铝、镁、钛等，上述办法则无法适用。迄今为止，如安在铝合金中完成纳米氧化物弥散强化从而改进其高温力学功能，仍是铝合金乃至轻合金系统的世界性科学与技能难题。

  为此，天津大学资料学院何春年教授团队提出并经过“界面置换”涣散战略制备了5 纳米级氧化物弥散强化铝合金，即首要使用金属盐前驱体分化进程中的自拼装效应制得了少层石墨包覆的超细氧化物颗粒，将纳米颗粒之间较强结合的化学键替换为石墨包覆层之间较弱的范德华力结合，从而使纳米颗粒之间的粘附力降低了2~3个数量级；在此根底上，经过简略的机械球磨-粉末冶金工艺完成了高体积分数（体积分数为8%）的单粒子级超细氧化物颗粒在铝基体内的均匀涣散，并使铝合金展示出极端杰出的高温力学功能与抗高温蠕变功能，其在300 ℃和500 ℃下的抗拉强度分别为420兆帕和200兆帕；在500 ℃和80兆帕的蠕变条件下，稳态蠕变速率为10的负7次方每秒，大幅逾越了世界上已报导的铝基资料的最好水平。

  该作业提醒了超细纳米颗粒增强轻质金属的超凡耐热机制，并为开发耐热高强轻质金属资料及其航空航天、交通运输等重要范畴使用供给了新思路。