潍柴动力申请铸造耐热铝合金材料及其制备方法专利，提高铝合金材料的耐热性
金融界2023年12月16日消息，据国家知识产权局公告，潍柴动力股份有限公司申请一项名为“一种铸造耐热铝合金材料及其制备方法“，公开号CN117230351A，申请日期为2023年9月。
专利摘要显示，本发明公开了一种铸造耐热铝合金材料及其制备方法，属于铝合金材料技术领域。所述铸造耐热铝合金材料按照质量百分比计，包括以下组分：硅13％～15％、钴3％～4％、钕2.5％～3.5％、铜2％～3％、TiB。
本文源自金融界
新方法实现超强铝合金制备
天津大学教授何春年团队创新性地提出了一种“界面置换”分散策略，成功实现了约5纳米的氧化物颗粒在铝合金中的单粒子级均匀分布，从而使所制备的氧化物弥散强化铝合金在高达500℃的温度下，仍具有史无前例的抗拉强度（约200兆帕）与抗高温蠕变性能。该工艺过程简单、物料成本低廉、易于规模化生产，因而具有显著的工业应用数值。相关研究成果近期发表于《自然-材料》。
航空航天、交通运输等领域提速减重的需求，对轻质金属材料的耐热性能提出了更高要求。传统铝合金在300℃以上服役性能就达到瓶颈，因此，对于当前航空航天等重要领域最为关注的300℃~500℃温度区间，铝合金使役时出现的力学性能迅速衰退成为制约结构设计、影响服役安全的关键短板。
目前，提高铝合金耐热性能的途径主要有两个：一是提升析出相的热稳定性；二是引入高稳定性的陶瓷相纳米颗粒。相比于前者，陶瓷颗粒通常具有较高的熔点与弹性模量，因而具有更高的热稳定性和变形稳定性。其中，氧化物陶瓷颗粒备受研究者青睐。然而，以上途径的原理不适用于与氧反应活性高、不可化学还原的轻金属材料如铝、镁、钛等。
为此，何春年团队提出并通过“界面置换”分散策略，制备了5纳米级氧化物弥散强化铝合金。他们首先利用金属盐前驱体分解过程中的自组装效应制得了少层石墨包覆的超细氧化物颗粒，将纳米颗粒之间较强结合的化学键替换为石墨包覆层之间较弱的范德华力结合，从而使纳米颗粒之间的黏附力降低了2~3个数量级。在此基础上，通过简单的机械球磨-粉末冶金工艺实现了高体积分数的单粒子级超细氧化物颗粒在铝基体内的均匀分散，使铝合金具有极其突出的高温力学性能与抗高温蠕变性能。其在300℃和500℃下的抗拉强度分别为420兆帕和200兆帕；在500℃和80兆帕的蠕变条件下，稳态蠕变速率为10-7每秒。此性能大幅超过了国际上已报道的铝基材料的最好水平。（记者 陈彬 通讯员 白翔仁）
相关论文信息：
《中国科学报》 (2024-05-08 第1版 要闻)
来源： 中国科学报
天大团队新方法制备耐500℃超强铝合金
最近，天津大学材料学院教授何春年团队研发出新型氧化物弥散强化铝合金，将铝合金的服役温度从350℃提高至500℃，攻克了铝合金难以在400℃以上高温环境应用的难题。相关研究成果以“超分散氧化物强化的耐热铝合金”为题发表于《自然材料》期刊上。
图为超细氧化物纳米颗粒在铝基体中的均匀分散
航空航天、交通运输等重要领域提速减重的重大需求，对轻质金属材料的耐热性能提出了更高要求。尽管铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀等优势，但由于其耐热性差，在当前航空航天领域最为关心的350℃—500℃温度区间，铝合金的高温性能急剧衰减成为制约结构设计、影响服役安全的关键短板。因此，持续推进高性能耐热铝合金的研发工作，特别是面向350℃—500℃的耐高温铝合金材料，具有重要意义。
图为材料优异的室/高温力学性能
为此，何春年团队通过在铝合金中引入高含量、超细尺寸、均匀分散的纳米氧化物颗粒，成功提升了铝合金的耐高温性能。在研究中，该团队提出了全新的制备思路，解决了困扰已久的纳米颗粒的分散难题，将理论上最理想的材料转化为现实。最终，研制的新型铝合金在500℃的拉伸强度（200兆帕）相比传统铝合金提高了6倍以上，高温稳定性提高了几个数量级。
图为材料优异的蠕变性能
研究工作发表后，国际知名金属材料专家、法国格勒诺布尔国立理工学院Alexis Deschamps教授对这一工作的重要性和潜在影响做了详细的评论和深入解读，认为该工作“发展了新型超细纳米氧化物弥散强化合金设计新策略，使得所制备的铝合金在高达500℃时仍具有前所未有的拉伸强度和抗高温蠕变性能，为铝合金在高温环境中的应用开辟了崭新领域”。
图为材料优异的高温稳定性
何春年说：“这一新工艺过程简单、物料成本低廉、易于规模化生产，因而具有显著的工业应用数值。我们正在与行业领军企业与科研院所合作开展面向航空发动机与航天重要部件用耐热铝合金的制备研究，大力推进该材料的产业落地。”
来源：新华社 B51