納米粉末冶金鋁合金概述

為了進(jìn)一步提高鋁合金的性能，納米相及納米金屬間化合物彌散補(bǔ)強(qiáng)合金的研究已引起各國(guó)科技人員 的關(guān)注。納米增韌補(bǔ)強(qiáng)的新型合金將大幅度提高材料的強(qiáng)度，降低材料的用量。納米增韌補(bǔ)強(qiáng)材料以其高 強(qiáng)度、高韌性、低溫超塑性、易加工、低密度等優(yōu)良性能在飛機(jī)、航天器和汽車(chē)工業(yè)中有良好的應(yīng)用前景。
  由于納米材料的小尺寸效應(yīng)及由表面與界面效應(yīng)引起的表面原子活性的增大，因此材料的燒結(jié)比較容易。其具有燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，可得到燒結(jié)性能良好的燒結(jié)體。一般地，細(xì)小均勻的顯微結(jié)構(gòu)加上完全致密化是納米材料達(dá)到佳性能所需求的，傳統(tǒng)的模壓成型、等靜壓成型、擠壓成型、注射成 型、爆炸成型等粉末冶金中的成型方法都可以用于納米粉末的成型。無(wú)壓燒結(jié)工藝簡(jiǎn)單、成本較低。熱壓 燒結(jié)(HP)、等靜壓燒結(jié)(RS)和反應(yīng)熱壓法燒結(jié)與無(wú)壓燒結(jié)相比，燒結(jié)溫度低得多，可獲得較高的致密度。 微波燒結(jié)(MS)、自蔓延高溫合成(SHS )、等離子體燒結(jié)及電火花燒結(jié)是近年發(fā)展起來(lái)的新的燒結(jié)方法。但是由于納米粉末極細(xì)，其松裝密度很低，因此均會(huì)導(dǎo)致壓坯密度不均勻，從而使燒結(jié)體密度難以達(dá)到理論密度。盡管納米粉末具有巨大的比表面積，因而燒結(jié)活性很高。但納米顆粒在高溫下仍然迅速長(zhǎng)大，以至 還沒(méi)有達(dá)到完全致密化之前，晶粒尺寸就長(zhǎng)大至100nm，因而無(wú)法制得完全致密化而晶粒尺寸又小于100nm 的塊體納米材料。因此，控制晶粒的長(zhǎng)大是制備納米材料的研究重點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，采用熱鍛壓技術(shù)可以有 效地克服熱壓的不足，如1100℃就可使ZrO2-3%Y2O3完全致密化，平均晶粒尺寸只有85 nm。另外，采用連 續(xù)加壓成型和瞬時(shí)高壓脈沖成型法均可以提高壓坯密度。采用快速燒結(jié)方法如微波燒結(jié)，其升溫速度(500 ℃/min)快、升溫時(shí)間(2min)短，解決了納米晶粒異常長(zhǎng)大的問(wèn)題。但是，燒結(jié)密度很難達(dá)到理論密度，制 得的納米材料不可能達(dá)到佳的力學(xué)性能。
  目前，由于價(jià)格和技術(shù)等問(wèn)題，使粉末冶金高強(qiáng)度鋁合金應(yīng)用還主要局限在航空、航天領(lǐng)域，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，原材料成本將不斷下降，將會(huì)大量應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)中。