En ny fremstillingsproces for aluminiumlegeringer

En avanceret fremstillingsproces til fremstilling af nanostrukturerede stænger og rør direkte fra højtydende pulver af aluminiumlegering-i et enkelt trin-blev for nylig demonstreret af forskere fra Pacific Northwest National Laboratory.

Ved hjælp af en ny fastfasebehandlingsmetode, forskergruppen eliminerede flere trin, der er nødvendige under konventionel ekstruderingsbehandling af aluminiumlegeringspulvere, samtidig med at der opnås en betydelig stigning i produktets duktilitet (hvor langt et materiale kan strække sig, før det går i stykker).

Dette er gode nyheder for sektorer som bilindustrien, hvor de høje produktionsomkostninger historisk set har begrænset brugen af ​​højstyrke aluminiumlegeringer fremstillet af pulvere.

Teamets forskning er beskrevet i papiret "Aluminiumlegering med høj duktilitet fremstillet af pulver ved friktionsekstrudering, "offentliggjort i juni 2019 -udgaven af Materialia .

Går væk fra konventionel ekstrudering

Højtydende aluminiumslegeringer fremstillet af pulver har længe været brugt i lette komponenter til specialiserede rumfartsapplikationer, hvor omkostninger ikke er en begrænsende faktor. Imidlertid, disse legeringer har typisk været for dyre for bilindustrien.

En typisk ekstruderingsproces for pulver af aluminiumlegeringer er energi- og procesintensiv, kræver flere trin for at masseproducere materialet. Først, det løse pulver skal lægges i en dåse og gasser fjernes ved hjælp af et vakuum, som kaldes "afgasning". Dåsen forsegles derefter, varmpresset, forvarmet, og anbragt i ekstruderingspressen. Efter ekstrudering, dåsen fjernes, eller "afvist, "for at afsløre den ekstruderede del fremstillet af konsolideret pulver.

I dette studie, holdet eliminerede mange af disse trin, ekstrudering af nanostrukturerede aluminiumsstænger direkte fra pulver i et enkelt trin, ved hjælp af PNNL's Shear Assisted Processing and Extrusion -teknologi, eller FORM.

Ekstrudering af aluminiumlegeringer direkte fra pulver eliminerer konserves, afgasning, varm isostatisk presning, de-canning, og billet forvarmning

I SHAPE -processen, et pulver - i dette tilfælde, et Al-12.4TM aluminiumslegeringspulver leveret af SCM Metal Products, Inc., en afdeling af Kymera International - hældes i en åben beholder. En roterende ekstruderingsdyse presses derefter ind i pulveret, som genererer varme ved grænsefladen mellem pulveret og matricen. Materialet blødgør og ekstruderer let, eliminerer behovet for konserves, afgasning, varm presning, forvarmning, og decanning.

"Dette er den første offentliggjorte forekomst af et pulver af aluminiumslegering, der konsolideres til nanostrukturerede ekstruderinger ved hjælp af en et-trins proces som SHAPE, "sagde PNNL -materialeforsker Scott Whalen, der ledede undersøgelsen.

Han tilføjede, "Elimineringen af ​​både behandlingstrinnene og behovet for forvarmning kan dramatisk reducere produktionstiden samt reducere omkostningerne og den samlede indlejrede energi i produktet, hvilket kunne være gavnligt for bilproducenter, der ønsker at gøre personbiler mere overkommelige, lettere, og brændstofeffektive for forbrugeren. "

Udover at levere Al-12.4TM-pulveret, SCM Metals Produkter, Inc. udførte mekaniske test for at validere det resulterende materiales ydeevne. PNNL og SCM metalprodukter, Inc. samarbejder nu om et projekt for DOE's Office of Technology Transitions for at skalere processen til ekstruderinger med større diameter.

Duktilitet - det er en stretch

Eliminering af behandlingstrin og reduceret opvarmning var ikke teamets eneste succesrige fund.

Mens højtydende aluminiumslegeringer historisk set har vist fremragende styrke, de har typisk været hæmmet af dårlig duktilitet. Imidlertid, holdet fandt dramatiske forbedringer i formbarheden af ​​ekstruderingen produceret af ShAPE, måling af duktilitet, der er to til tre gange det, der findes i konventionelle ekstruderingsprodukter, og med tilsvarende styrke.

For at forstå årsagen til den betydelige stigning i duktilitet, transmissionselektronmikroskopi blev brugt til at evaluere mikrostrukturerne af pulveret og de ekstruderede materialer. Resultaterne indikerede, at ShAPE-metoden forfinede de anden faser i pulveret-små forstærkende partikler af ikke-aluminiumsmaterialer. SHAPE reducerer partiklerne til nanoskala størrelser og fordeler dem jævnt i aluminiumsmatrixen, stigende duktilitet.