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铝合金应用难题被攻克,服役温度从350℃提升至500℃

2024-05-13 14:58:32 来源:北京日报客户端
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简介:最近,天津大学材料学院教授何春年团队成功研发出一种新型氧化物弥散强化铝合金。这项研究将铝合金的服役温度从350℃提升至500℃,攻克了铝合金在高于400℃的高温环境中应用时遇到的困难。
最近,天津大学材料学院教授何春年团队成功研发出一种新型氧化物弥散强化铝合金。这项研究将铝合金的服役温度从350℃提升至500℃,攻克了铝合金在高于400℃的高温环境中应用时遇到的困难。

铝合金是一种常用的结构材料,具有重量轻、强度高和良好的加工性能等优点,在航空航天、汽车制造和工程建设等领域广泛应用。然而,传统铝合金在高温环境中容易软化、失去强度,限制了其应用范围。为了解决这一难题,何春年教授团队通过对铝合金进行改性,成功提高了其耐热性能。他们利用超分散氧化物的强化效应,将纳米级的氧化物颗粒均匀分散于铝合金基体中,形成了一种新型复合材料

研究表明,这种新型氧化物弥散强化铝合金在500℃的高温下依然保持较高的强度和抗变形能力。通过优化复合材料的组成和制备工艺,研究团队成功解决了铝合金在高温条件下易软化、失去强度的问题。该研究成果被发表在国际知名科学期刊《自然材料》上,题为“超分散氧化物强化的耐热铝合金”。这一发现对于提高铝合金的高温应用能力具有重要意义,有望推动相关领域的技术进步和产业发展。

超细氧化物纳米颗粒在铝基体中的均匀分散
图为超细氧化物纳米颗粒在铝基体中的均匀分散。

航空航天、交通运输等重要领域提速减重的重大需求,对轻质金属材料的耐热性能提出了更高要求。尽管铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀等优势,但由于其耐热性差,在当前航空航天领域最为关心的350℃—500℃温度区间,铝合金的高温性能急剧衰减成为制约结构设计、影响服役安全的关键短板。因此,持续推进高性能耐热铝合金的研发工作,特别是面向350℃—500℃的耐高温铝合金材料,具有重要意义。


材料优异的室/高温力学性能

图为材料优异的室/高温力学性能。

为此,何春年团队通过在铝合金中引入高含量、超细尺寸、均匀分散的纳米氧化物颗粒,成功提升了铝合金的耐高温性能。在研究中,该团队提出了全新的制备思路,解决了困扰已久的纳米颗粒的分散难题,将理论上最理想的材料转化为现实。最终,研制的新型铝合金在500℃的拉伸强度(200兆帕)相比传统铝合金提高了6倍以上,高温稳定性提高了几个数量级。


材料优异的蠕变性能

图为材料优异的蠕变性能。

研究工作发表后,国际知名金属材料专家、法国格勒诺布尔国立理工学院Alexis Deschamps教授对这一工作的重要性和潜在影响做了详细的评论和深入解读,认为该工作“发展了新型超细纳米氧化物弥散强化合金设计新策略,使得所制备的铝合金在高达500℃时仍具有前所未有的拉伸强度和抗高温蠕变性能,为铝合金在高温环境中的应用开辟了崭新领域”。


材料优异的高温稳定性

图为材料优异的高温稳定性。

何春年说:“这一新工艺过程简单、物料成本低廉、易于规模化生产,因而具有显著的工业应用价值。我们正在与行业领军企业与科研院所合作开展面向航空发动机与航天重要部件用耐热铝合金的制备研究,大力推进该材料的产业落地。”

未来,何春年教授团队将进一步深入研究该新型氧化物弥散强化铝合金的性能和应用。他们希望通过不断优化材料的组织结构和制备工艺,进一步提高铝合金的耐热性能,拓展其在更高温度条件下的应用领域。
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