制备耐高温超强铝合金有了新方法

  科技日报讯 （记者陈曦 通讯员白翔仁 刘晓艳）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根底资料。日前，记者从天津大学得悉，该校资料学院教授何春年团队立异性地提出了一种“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，制备的氧化物弥散强化铝合金在高达500℃的温度下仍展现出前所未有的抗拉强度（约200兆帕）与抗高温蠕变功能。论文近来发表于世界期刊《天然·资料》。

  高温下，传统铝合金力学功能急剧下降，温度在300℃以上时，其执役功能已达瓶颈。详细而言，传统铝合金在300℃时抗拉强度小于200兆帕，而在500℃时抗拉强度则小于50兆帕。关于当时航空航天等范畴最为重视的300℃—500℃这一温度区间，铝合金执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其结构设计、影响执役安全的短板。

  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；二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（大于1000℃）与弹性模量，因而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、耐高温、耐氧化、耐腐蚀及低成本等特性，备受研讨者喜爱。何春年介绍，现有相关研讨现已经过原位组成氧化物纳米颗粒的思路，在很多金属体系（如铁、铜、镍、钼等）中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主要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，但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，上述方规律并不适用。”何春年说。

  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，仍是铝合金甚至轻合金体系的世界性科技难题。

  为此，何春年团队提出并经过“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。他们第一步使用金属盐前驱体分化过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的化学键结合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，研讨团队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。该资料在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。

  该项研讨提醒了超细纳米颗粒增强轻质金属的超凡耐热机制，并为开发轻质高强耐热金属资料及其在航空航天、交通运输等范畴的使用供给了新思路。

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