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电报群机器人:抗辐射能力提升百倍!抢先看铝合金方面的新技术和新产品

admin2022-11-028

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10月25日消息,近日,奥地利科学家研制出一种新型铝合金,抗辐射能力是广泛用于航天器的6061铝合金的100倍,而且实验表明,其在遭受高剂量辐射后仍能保持柔韧性及强度,因此有助改善航天器屏蔽辐射的能力,也可用于制造供人们在月球或火星上居住的房屋等。相关研究已提交预印本网站。


太空探索领域经常使用铝合金,因为它们既轻质又坚固。但当它们长时间暴露于来自太阳或银河系射线的强辐射下时,分子结构会发生变化,变得更脆弱。


2019年,莱奥本大学斯特凡·博尕特斯切及其同事通过将铝和镁合金与锌、铜混合,并在极高压力下将其压碎,创造出一种新合金。新结构原子紧密堆积,拥有非同寻常的特性,暴露于高浓度辐射后仍能保持其结构和硬度,但也变得脆而易碎,无法用于太空领域。


博尕特斯切团队此次通过将这种合金加热到200℃以上,使组成合金的晶粒尺寸变为纳米级而非微米级,这种性质的改变有助于它在遭受辐照后保持柔韧性和强度。博尕特斯切说:“这意味着材料不会脆化,而且在极高的辐照极限下仍能保持稳定。”


研究人员用电子显微镜检查了不同剂量的高能重离子轰击新合金获得的效果,发现这种合金的抗辐射能力是广泛用于航天器的6061铝合金的100倍。


博尕特斯切指出,新铝合金非常适合于制造长期遭受辐照的航天器,可延长空间望远镜以及其他深空探测器的寿命,还可用于封装航天器上的微型核反应堆,或制造可供人们在月球或火星上使用的房屋等。虽然他们没有测试这种材料帮助宇航员屏蔽辐射的能力,但结构特征表明,它可能比目前使用的材料要好。


今年,还有哪些铝合金方面的新技术和新产品呢?


用于轻质压铸的新型铝合金


6月下旬,德国特里梅特铝业公司铝合金Trimal 38(AlSi8ZnMn)可以在保持机械性能的同时进一步减轻部件的重量。这种压铸合金显示出非常好的可铸造性和可成形性,甚至在生产大面积压铸结构件时也是如此。


压铸合金Trimal 38适用于汽车工程中的轻质结构件


"现代汽车结构为铝材料提供了新的应用可能性。压铸件在保证机械性能的同时需要变得更轻,这一目标对材料设计提出了高要求。通过我们的新合金,我们已经成功地实现了这种平衡。"特里梅特铝业公司执行委员会成员托马斯-鲁瑟如此表示。


尽管硅含量较低,但新合金可以采用广泛使用的合金Trimal 37(AlSi9Mn)的工艺参数进行铸造生产,因此对于压铸厂来说,可以轻松实现合金转换。合金中所添加的元素优化了材料的流动性和强度以及模具填充能力,同时最大限度地减少了粘性的倾向。将镁含量限制在0.01%以内,可确保新的铝合金材料不需要进行热处理就能达到所需的机械性能。


该铝合金适用于电动汽车中的部件,如电池外壳或结构部件,对这些部件的要求是无需热处理就能承受冲击载荷,同时,结构件可以通过焊接或自冲铆接进行连接。


中国新型低合金高强韧压铸铝合金技术取得突破

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当前,3C产品、新能源汽车等领域均面临着日益增加的轻量化压力。同时,一些零部件对材料的延伸率和强度有较高的要求,为了防止变形,最好不要进过T6热处理工艺,以保证和提高产品的寿命及工作稳定性。铝合金具有良好的综合性能,其密度小、强度高、导电导热性好、加工简单等优点较好地满足了产品结构及散热要求,因此被广泛应用于汽车结构件领域。


常用的压铸铝合金材料为ADC12,ENAC43500-(AlSi10MgMn)用于结构件领域。ADC12压铸铝合金由于延伸率比较低(通常在1-3%)无法满足结构件的使用要求,汽车用结构件材料通常延伸率要求高,该材料的化学成分如下:Si:9~11.5%,Fe:0.25%max,Cu:0.08%max,Mn:0.4-0.8%,Mg:0.1%-0.5%,Zn:0.07%max,其他元素总和小于0.15%,其余为Al。


这种材料的性能指标如下:铸态:屈服强度140MPa,抗拉强度280MPa,延伸率:5.6%;T5:屈服强度170MPa,抗拉强度:300MPa,延伸率:4.5%;T7:屈服强度140MPa,抗拉强度:220MPa,延伸率:13%。


然而,为了达到上述性能,ENAC43500-(AlSi10MgMn)需要经过T5/T7热处理才能使材料满足性能上的要求;而T5/T7热处理的温度比较高,通常在450℃以上,在这个温度下压铸件很容易变形,变形量在3mm到10mm不等,甚至有些变形量达到了20mm以上,这为产品尺寸带来了严重的困扰,造成合格率低,产品尺寸不稳定。


4月初,国内有研究人员发明了一种新型低合金Al-Si高强韧压铸铝合金能够有效解决上述问题,该铝合金成分中Si为1.3~3%;Mn为0.4~1.3%;Fe为0.1~0.5%;余量为Al和不可避免的杂质。


国内研发出超600MPa超高强3D打印铝合金


在航空航天等领域,利用金属3D打印技术实现快速研发测试验证进而缩短研发周期、成形复杂结构制造解锁设计潜力、多零件集成一体化制造提高性能等突出优势,已经取得一系列里程碑式进展。如近期大放异彩的,由我国民营火箭公司星河动力北京空间科技有限公司研制的:50吨级“苍穹”液氧/煤油发动机,就大量采用了金属3D打印技术制造的零件。


航空航天以其要求的高可靠性、高性能以及轻量化,对材料提出了极高的要求,目前航空航天金属3D打印主流应用的是:钛合金、高温合金和铝合金三大材料体系。在钛合金领域,TC4、TA15等材料得到批量应用;在高温合金领域,GH4169、GH3625等材料得到批量应用,并且如GH3536、GH5188、GH4099等新材料也进入测试应用阶段;反之,在铝合金领域,虽然有少数零件可用AlSi10Mg来打印应用,但应用所要求的高强度铝合金一直缺乏实际案例。可以说,业界也迫切需要轻量化的高强度铝合金能够发挥作用。



近几年,国内国际不少企业均推出了高强铝3D打印材料,成分体系各有不同。如空客推出的Scamalloy,可实现抗拉强度520MPa的性能;HRL实验室推出了纳米强化的7075,据称极限抗拉强度超过600MPa;苏州倍丰推出了Al250C,可实现抗拉强度570MPa的性能;上海交通大学王浩伟教授研制出的高性能陶铝复合材料粉末,可实现最大抗拉强度超过540MPa;中车研究院推出了专用高强铝粉末材料,抗拉强度稳定超过560MPa;长沙新材料院推出了AlMgScZr,室温拉伸强度535MPa。此外,也还有部分其他粉末厂家也宣称能够提供高强铝粉末产品,并推向市场。可以看出,500MPa的高强铝粉末研制已经突破瓶颈,但对于更高性能的高强铝材料却鲜有报导。


近日,3D打印技术参考获悉国内领先的铝合金3D打印材料制造商--江西宝航新材料有限公司,已经成功研制了超高强度铝合金HS5601。这是一种适用于SLM工艺的超高强度铝合金粉末材料,其抗拉强度达到620Mpa,断裂延伸率8%。该材料同样为AlMg合金体系,相较于AlMgScZr而言,其具有更高的强度,有望应用于航空航天及国防军工领域对高性能材料的特别需要。下表是该材料与AlSi10Mg以及500MPa铝的性能对比:


第三方检测数据显示,打印态的零件抗拉强度通常在460-470MPa,经热处理后,强度稳定达到630MPa以上。




来源:轻量化技术网,科技日报,制造业观察,3D打印技术参考

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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