詳細(xì)介紹了國(guó)內(nèi)外采用低溫球磨粉末冶金法制備納米晶鋁及其鋁基復(fù)合材料的研究進(jìn)展。通過(guò)對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外在材料研制和工裝設(shè)備研發(fā)等方面存在的主要差距,提出了國(guó)內(nèi)在納米晶鋁應(yīng)用研究中存在的問(wèn)題、解決措施及發(fā)展方向。最后,對(duì)納米晶鋁/鋁基復(fù)合材料未來(lái)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。 

【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2017,31(11)北大核心EICSCD

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納米晶鋁材料(Al-5083/B4Cp)的TEM像及其SAD譜:(a)平行與擠壓方向;(b)垂直于擠壓方向

擅拙??芯?確植跡?繽?所示。圖1納米晶鋁材料(Al-5083/B4Cp)的TEM像及其SAD譜:(a)平行與擠壓方向;(b)垂直于擠壓方向Fig．1TEMimagesandSADpatternofthebulknanos-tructuredaluminum-matrixcompositeAl-5083/B4Cp:(a)longitudinal;(b)transverse在納米晶鋁材料的應(yīng)用研究方面，目前已將納米晶鋁合金成功地應(yīng)用于制造飛行器緊固件、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等部件。例如，美國(guó)DWA公司通過(guò)先進(jìn)的低溫球磨技術(shù)結(jié)合壓力加工的方法制備出高性能的納米晶鋁基復(fù)合材料(B4C/5083Al)的鍛餅和軋制板材等［15］，如圖2所示。目前該公司生產(chǎn)的納米晶鋁材料已取代部分鈦合金構(gòu)件，并應(yīng)用于航空航天和國(guó)圖2塊體納米晶鋁及鋁基復(fù)合材料的制備路線圖(美國(guó)DWA公司)Fig．2Preparationroutesofthebulknanostructuredaluminumalloysandaluminum-matrixcomposite(sourcefromDWAcompanyinUSA)防軍工等高附加值領(lǐng)域，取得了良好的減重效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。此外，美國(guó)波音公司已研制出高強(qiáng)度的納米晶鋁的鉚釘，這種鉚釘即使在極低的溫度下也能保持高的強(qiáng)度和韌性，目前已應(yīng)用于使用液體燃料(液氧、液氫等)的火箭發(fā)動(dòng)件各部件之間的連接，并形成一系列專利保護(hù)［4］。1．2國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展我國(guó)對(duì)納米晶鋁的研究始于21世紀(jì)初，10多年來(lái)，國(guó)內(nèi)科研院所對(duì)塊狀納米晶鋁合金進(jìn)行了探索性研究，取得了一定的成果。由于大尺寸塊體納米晶鋁合金制備困難，目前國(guó)內(nèi)的科技工作者對(duì)納米晶鋁合金的研究主要集中于微觀組織和熱穩(wěn)定性等機(jī)理層面，著重關(guān)注納米晶的形成和組織演化機(jī)制，而對(duì)納米晶鋁合金的綜合性能、構(gòu)件成形和工程應(yīng)用等方面的研究相對(duì)較少。例如，北京科技大學(xué)程軍勝等利用液氮球磨和真空熱壓技術(shù)制備了塊狀納米晶鋁合金，分析了影響熱穩(wěn)

墨烯由于具有特殊的二維蜂窩和褶皺結(jié)構(gòu)，使其在受力過(guò)程中存在一個(gè)褶皺舒展平鋪的過(guò)程。將石墨烯作為鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)相，對(duì)保持材料的塑性和韌性有一定的積極作用［26］。因此，鋁基體中添加適量石墨烯，在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，不會(huì)降低材料的塑性、韌性。針對(duì)納米晶鋁中普遍存在的塑性差的問(wèn)題，北京航空材料研究院以純鋁為基體，石墨烯納米片為增強(qiáng)相，通過(guò)低溫球磨結(jié)合熱壓等工藝制備了強(qiáng)韌性高匹配的納米晶鋁基復(fù)合材料［26］。微觀組織透射照片表明，石墨烯納米片在鋁基體中均勻分布且界面結(jié)合良好，如圖3(a)所示。石墨烯納米片添加量對(duì)納米晶鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響如圖3(b)所示。當(dāng)石墨烯添加量為1．0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，納米晶鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度248MPa)達(dá)圖3石墨烯增強(qiáng)納米晶鋁基復(fù)合材料的微觀組織和力學(xué)性能:(a)透射照片;(b)拉伸性能隨石墨烯含量的變化Fig．3Microstructureandtensilepropertiesofthenanos-tructuredaluminum-matrixcompositereinforcedwithgraphene:(a)bright-fieldTEMimage;(b)tensilepropertiesversegraphenecontent到極限值，與傳統(tǒng)變形純鋁(1050)相比，抗拉強(qiáng)度提高了200%。與此同時(shí)，材料的斷后伸長(zhǎng)率為8．3%(通常情況下，滿足工程應(yīng)用需求的金屬結(jié)構(gòu)材料的斷后伸長(zhǎng)率至少為7%～8%)［12］，納米晶鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)韌性匹配度較好。1．3國(guó)內(nèi)外差距以納米晶鋁的設(shè)備條件和規(guī)格尺寸為例，我國(guó)自主研發(fā)的低溫球磨試驗(yàn)裝置(見(jiàn)圖4)，單罐最大裝粉量?jī)H為1kg，可制備的塊體納米晶鋁的尺寸小于Φ100mm×100mm［18］。而國(guó)外(美國(guó)洛克達(dá)因公司)設(shè)計(jì)制造的低溫球磨設(shè)備(見(jiàn)圖5)，單罐最大裝粉量為20kg，可制備的納米晶鋁合金的尺寸達(dá)Φ500mm×500mm，單個(gè)坯料的質(zhì)量達(dá)158kg［

【參考文獻(xiàn)】：
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