納米晶鋁基復合材料高效率增材制造
金屬或合金可以通過晶粒細化即引入更多的晶界來強化。然而，高密度的晶界將為晶粒粗化提供驅動力，引起力學性能退化，嚴重制約納米晶材料的大范圍制備以及在工程結構領域的應用。
最近，一些研究人員驚喜地發現，在低溫下由塑性變形產生的銅和鎳納米晶粒在臨界晶粒尺寸(通常小于70納米)以下具有顯著的熱穩定性和機械穩定性。對于Al合金及鋁基復合材料，受Al原子在高溫或機械載荷作用下高原子擴散率限制，現有快速合成大塊Al合金及其衍生物的方法，仍然很難將其晶粒尺寸降低到納米級(小于100 nm)。
近期，加拿大阿爾伯塔大學機械工程系的James Hogan教授及其合作團隊，基于實驗室自動化冷氣增材制造實驗平臺，結合數值模擬手段，首次快速構筑了塊體高強納米晶鋁基復合材料(nanoAMCs)。研究發現，通過調控多尺度強化機制（如固溶強化、位錯強化、晶界強化、彌散強化等），在平均晶粒尺寸<50 nm的情況下，制備的納米晶復合材料（nano Al 6061–Al2O3）的硬度達到2.4 GPa，是純鋁基體母材的8倍；并且屈服強度從母材的102.4 MPa 提高至納米晶復合材料的557.0 MPa。
本期將分享該文章提出的方法與研究亮點。
相關論文發表在《極端制造》（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）
單位：阿爾伯塔大學，中國科學院金屬研究所，中國科學技術大學、卡爾斯魯厄理工學院等。
論文鏈接：https://doi.org/10.1088/2631-7990/ac9ba2
研究方法
文章提出一種快速增材制造納米晶金屬和納米晶金屬基體復合材料的高通量方法。作為應用實例，采用多級強化策略制備了一系列大塊納米晶Al和納米Al- Al2O3復合材料，其硬度高達2.4GPa。
圖1 高強納米晶鋁基復合材料制備
該方法也可快速合成硬度在0.3GPa到2.4GPa之間的各種Al-Al2O3復合材料，以及它們的混合物或梯度組合。
圖2 納米晶鋁基復合材料的微觀結構和力學性能
更重要的是，該研究中采用的低溫碾磨和冷增材制造方法可能適用于目前的工業生產體系，為大規模工業制造塊體納米結構材料提供一種新的途徑。
研究亮點
研究團隊提出了一種快速合成大塊納米晶金屬和金屬基復合材料的方法。
設計和制備了平均晶粒尺寸<50 nm的多級強化鋁基復合材料。
通過數值模擬成功實現低溫增材工藝參數優化。
該項成果獲得了加拿大InnoTech Alberta公司、重大創新基金等，中國科協青年人才托舉工程等研究經費支持。
(責任編輯：admin)
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