【48812】【科技自立自强】西安交大科研人员研制出400°C等级耐热高强铝合金

　　航空航天、交通运输等范畴对资料轻量化的需求日益火急，一起许多部件/构件的执役温度逐步跨越到250℃-400℃范围内，轻质、高强、耐热的新式金属资料运用潜力巨大。但合金的耐热温度一般地与其熔点和比重正相关，即熔点越高、比重越大其耐热温度越高，反之亦然，因而轻质低熔点耐热合金的研制就成为了金属资料范畴世界竞争的焦点之一。相对于其它金属资料，铝合金是在该温度范围内运用最具竞争力的一类高强轻合金资料。可是传统铝合金中赖以强化的纳米沉积相颗粒在200℃以上温度会发生严峻的粗化，使其对基体的强化效果丢失严峻，尤其是在施加外力的高温蠕变工况下，传统铝合金资料将发生快速软化、导致终究结构失稳。怎么样进步纳米沉积相颗粒的耐热性，然后改进高强铝合金的抗高温蠕变功能，是铝合金乃至轻合金系统的世界性科学与技能难题。

　　针对耐热高强铝合金的严重需求，西安交通大学金属资料强度国家重点试验室教授和孙军院士团队展开了继续研讨。近来，该团队博士研讨生薛航与青年教师杨冲、张鹏、张金钰和刘福柱协作，在400°C等级耐热高强铝合金资料的研制上获得打破。他们提出了纳米沉积相颗粒晶格空隙方位异质原子有序化的全新热安稳化规划战略，在常见的Al-Cu-Mg-Ag合金中增加微量稀土Sc原子，选用双级时效工艺克服了慢分散原子Sc与快分散原子Cu之间有用耦合在时刻上的“失配”，在原有纳米沉积相Ω的基础上，经过原位相变途径完成了这两类原子在空间上的周期性自拼装(图1)，形成了具有极高热安稳性，一起具有大体积百分数的一种新式纳米沉积相颗粒(命名为V相)。该纳米沉积相颗粒即便在400°C( 0.7倍铝合金肯定熔点温度)的长时执役( 200小时)后仍未见粗化，坚持了完美的界面共格结构，然后使得资料表现出超凡的高温力学功能：400oC拉伸强度100 MPa，超越一切报道的铝合金1倍以上；400oC下拉伸蠕变稳态蠕变塑性与一切报道的高强铝合金或铝基复合资料比较降低了2-3个数量级，特别是在10-7/s临界稳态蠕变速率下蠕变应力打破了40 MPa (图2)。这一高功能耐热铝合金的研制成功打破了高强铝合金的执役温度极限，为开发新式耐高温轻质金属资料供给了微观安排规划思路。特别是研讨作业还发现了Ω沉积相界面上共格台阶供给Sc原子分散浸入通道的相变新机制(图3)，这是1960年代Aaronson提出台阶为盘片状纳米沉积相颗粒成长机制以来，所提醒的台阶另一个功能性效果，拓宽了台阶在金属资料固态相变中的调控潜力。

　　Sc原子在空隙方位的周期性散布可从HAADF相片以及能谱图(c & f)上确认

　　图2研制的新式耐热铝合金在400°C下的拉伸曲线(a)和蠕变功能(b)及其与其它铝合金/铝基复合资料的比照

　　图3原位相变过程中界面台阶(CL)供给Sc原子分散通道并诱发Ω相→V相相变的原子标准HAADF

　　和三维原子探针(APT)试验效果：a、b和c别离代表相变前、相变中和相变后

　　d 显示出一个Ω相在多处一起发生了V相原位改变(V-1, V-2, V-3)，每一处相变方位均与共格台阶有关

　　相关研讨效果以《高热安稳性纳米共格沉积相：分散控制的溶质侵入与空隙有序化调控》(Highly stable coherent nanoprecipitates via diffusion-dominated solute uptake and interstitial ordering)为题在线宣布在《天然资料》(Nature Materials)上，博士生薛航和杨冲副教授为文章一起榜首作者，教授和孙军院士为一起通讯作者。文章协作者还包含法国格勒诺布尔大学的F. De Geuser博士和A. Deschamps教授，兰州大学陈斌博士和彭勇教授，以及意大利帕多瓦大学的边建军博士。《天然资料》（Nature Materials）期刊一起还宣布了由美国橡树岭国家试验室合金规划团队负责人A. Shyam博士署名的题为《耐热铝合金》(Heat-resistant aluminum alloys)的专题评述文章，以为该作业“创制新式纳米沉积相的合金规划新战略，使得所制备的铝合金在近乎其肯定温度熔点的80%，即高达400°C下依然具有前所未有的高强度和抗高温蠕变功能，将对航空航天、交通运输等核心部件用、近熔点温度下执役的合金规划制备与运用及其未来展开发生深远影响”。

　　近年来，该团队专心于高强铝合金的热安稳化研讨，先后提出了沉积相界面溶质偏聚、多层级安排界面共格互锁、高浓度空位复合体化、沉积相空隙有序化等多个微观安排规划战略，别离形成了300-400°C温度段高温瞬时和高温耐久的规划理念，开发了4个不同系统的新式耐高温铝合金资料，别离在哈尔滨东安发动机(集团)有限公司、西南铝业(集团)有限责任公司等公司完成了大尺度铸件、板材和锻件的中试试验，所制备的资料正在多家单位展开运用协作研讨。一起还在《天然通讯》（Nature Communications）、《资料学报》（Acta Materialia）、《资料研讨快报》(Materials Research Letters)等期刊上宣布了一系列文章，并获得了Materials Research Letters 期刊首届仅有一篇“最具影响力”论文奖。

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