詳細介紹了國內外采用低溫球磨粉末冶金法制備納米晶鋁及其鋁基復合材料的研究進展。通過對比分析國內外在材料研制和工裝設備研發(fā)等方面存在的主要差距,提出了國內在納米晶鋁應用研究中存在的問題、解決措施及發(fā)展方向。最后,對納米晶鋁/鋁基復合材料未來的應用前景進行了展望。 

【文章來源】：材料導報. 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用研究方面，目前已將納米晶鋁合金成功地應用于制造飛行器緊固件、火箭發(fā)動機等部件。例如，美國DWA公司通過先進的低溫球磨技術結合壓力加工的方法制備出高性能的納米晶鋁基復合材料(B4C/5083Al)的鍛餅和軋制板材等［15］，如圖2所示。目前該公司生產的納米晶鋁材料已取代部分鈦合金構件，并應用于航空航天和國圖2塊體納米晶鋁及鋁基復合材料的制備路線圖(美國DWA公司)Fig．2Preparationroutesofthebulknanostructuredaluminumalloysandaluminum-matrixcomposite(sourcefromDWAcompanyinUSA)防軍工等高附加值領域，取得了良好的減重效果和顯著的經濟效益。此外，美國波音公司已研制出高強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度和韌性，目前已應用于使用液體燃料(液氧、液氫等)的火箭發(fā)動件各部件之間的連接，并形成一系列專利保護［4］。1．2國內研究進展我國對納米晶鋁的研究始于21世紀初，10多年來，國內科研院所對塊狀納米晶鋁合金進行了探索性研究，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，目前國內的科技工作者對納米晶鋁合金的研究主要集中于微觀組織和熱穩(wěn)定性等機理層面，著重關注納米晶的形成和組織演化機制，而對納米晶鋁合金的綜合性能、構件成形和工程應用等方面的研究相對較少。例如，北京科技大學程軍勝等利用液氮球磨和真空熱壓技術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構，使其在受力過程中存在一個褶皺舒展平鋪的過程。將石墨烯作為鋁基復合材料的增強相，對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，在提高材料強度的同時，不會降低材料的塑性、韌性。針對納米晶鋁中普遍存在的塑性差的問題，北京航空材料研究院以純鋁為基體，石墨烯納米片為增強相，通過低溫球磨結合熱壓等工藝制備了強韌性高匹配的納米晶鋁基復合材料［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合良好，如圖3(a)所示。石墨烯納米片添加量對納米晶鋁基復合材料力學性能的影響如圖3(b)所示。當石墨烯添加量為1．0%(質量分數)時，納米晶鋁基復合材料的強度(抗拉強度248MPa)達圖3石墨烯增強納米晶鋁基復合材料的微觀組織和力學性能:(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，抗拉強度提高了200%。與此同時，材料的斷后伸長率為8．3%(通常情況下，滿足工程應用需求的金屬結構材料的斷后伸長率至少為7%～8%)［12］，納米晶鋁基復合材料的強韌性匹配度較好。1．3國內外差距以納米晶鋁的設備條件和規(guī)格尺寸為例，我國自主研發(fā)的低溫球磨試驗裝置(見圖4)，單罐最大裝粉量僅為1kg，可制備的塊體納米晶鋁的尺寸小于Φ100mm×100mm［18］。而國外(美國洛克達因公司)設計制造的低溫球磨設備(見圖5)，單罐最大裝粉量為20kg，可制備的納米晶鋁合金的尺寸達Φ500mm×500mm，單個坯料的質量達158kg［

【參考文獻】：
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