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《最新Nature: 增材制造生产高强度合金钢》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2020-06-28

  • 利用计算机辅助设计模型，激光增材制造可以利用金属粉末生产复杂的三维组件。这一方法可以实现对加工参数的数字化控制，并通过高冷却速率以及循环再加热等手段实现合金微结构。通过研究这一方法，德国马普所的科学家发现循环再加热以及内生性热处理可以触发铁-镍-铝合金表面发生镍-铝沉淀，为制备新型高性能合金材料提供了新的思路。 成果简介 基于这一共沉淀现象， 德国马普研究所的 Philipp Kürnsteiner （通讯作者）等人报道了一种可用于激光增材制造的铁镍钛合金（Fe 19 Ni 5 Ti）钢材。在200摄氏度左右，这一钢材可以原位形成马氏体并实现镍-钛纳米沉淀，从而显著提高了钢材的硬度。研究显示，在钢材制备过程对纳米沉淀和马氏体转变进行局部控制可以实现多尺度的复杂分级微结构——由微米级合金层和纳米沉淀物构成。受到古代工匠锻造大马士革钢的启发，研究人员利用这一分级微结构实现了软硬层交叠的钢材材料。对这一材料进行性能测试发现，其抗拉强度可以达到1300兆帕，延伸率可以达到10%。研究认为这一原位沉淀强化和局部微结构控制方法在增材制造领域具有潜在的应用前景。2020年06月24日，相关成果以题为“ High-strength Damascus steel by additive manufacturing ”的文章在线发表在 Nature 上。

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相关报告

  • 《“钢”上零碳 东方日升高强度合金钢边框组件全球首发》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2021-11-22
    • 11月17日，东方日升新能源股份有限公司（以下简称“东方日升”）以“双碳下的钢实力”为主题，举办的高强度合金钢边框组件发布会圆满落幕。众多行业专家、权威机构代表与媒体朋友齐聚盛会，共同见证东方日升再次引领光伏产业升级。发布会现场，东方日升研发高级总监刘亚锋以《7.0时代正面来“钢”》为主题发表演讲。 刘亚锋表示：“全球零碳转型需求持续增长，以光伏为代表的新能源企业在实现碳中和过程中肩负着“排头兵”重任。新形势对光伏企业自身提出更高要求，选择节能减排、低碳环保的技术与新材料已成为光伏产业未来趋势。相比电解铝工艺，粗钢加工过程中碳排放可减少6.2倍，所需能耗下降3倍，是目前更低碳、更环保的理想之选。” 据他介绍，除低碳环保之外，钢材特性还赋予新边框高强度值、高弹性模量（刚度）、高熔点等优势，面对恶劣应用环境时更加可靠。新边框具备更高的抗撕裂能力，可有效减少极端气候下安装孔撕裂现象；相比铝材料2.67倍于玻璃的热膨胀系数，钢材的热膨胀系数只是玻璃的1.3倍，比传统铝边框更加稳定，在温度剧烈变化时可显著降低玻璃爆裂风险；新边框不但采用具有自修复能力的“镀锌铝镁”致密保护膜，还叠加了东方日升独特的表面处理工艺，耐腐蚀性能更加优异，并减少后期运维难度。同时组件的运输和安装方式并无太大差别，不会产生额外成本。 结合了高强度合金钢边框和210技术平台，东方日升全新升级的Titan系列和牛顿系列，能给客户带来更低的系统成本和度电成本，以NewT N系列产品为例，对比M10硅片580W组件，在采用2P跟踪支架的情况下，最高可降低8.69%的BOS成本以及5.95%的LCOE，真正为客户带来更高收益、同时也给客户带来前所未有的更低碳排的光伏新能源体验。 东方日升董事长林海峰曾表示：“对于光伏行业而言，未来最大的确信是全球‘双碳’目标必将实现，以光伏为主体的新能源是零碳时代主力军，为推动双碳进程注入强劲动力与全新活力。” 东方日升总裁孙岳懋总结道：“东方日升将一直以‘让绿色新能量创造人类新生活’为愿景，把‘以科技创新持续改善能源格局，提高人类生活品质’作为使命，积极响应国家政策与市场需求，以技术转型带动资本市场同步升级。新产品与新技术将有效引导光伏市场低碳消费行为，助力形成零碳经济循环体系，推进全产业构建新型绿色价值链，全面促进碳中和目标高质量实现。” 东方日升聚焦光伏自身减碳，创新低碳高质量产品方案，包括TITAN、NewT N系列在内的大功率组件均将采用高强度合金钢边框。高强度合金钢边框是东方日升响应全球碳中和号召、优化产品生命周期碳排放、降低生产耗能的创新技术，为新能源产业完成自身节能减排目标贡献新方案。
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  • 《面向增材制造的超高强度铝合金制备技术》
    • 来源专题：工程机械与高端装备
    • 编译者：Hazel
    • 发布时间：2025-05-07
    • 普渡大学材料工程团队成功研发出一项正在申请专利的工艺，开发出适用于增材制造的超高强度铝合金，这类合金同时具备优异的塑性变形能力。 由Haiyan Wang与Xinghang Zhang教授领衔的研究团队，通过纳米层状可变形金属间化合物，将钴、铁、镍、钛等过渡金属元素引入铝合金体系。Wang教授现任Basil S. Turner工程讲席教授，Zhang教授任职于普渡大学材料工程学院。团队核心成员还包括材料工程专业研究生Anyu Shang。 Zhang教授表示，“我们的研究表明，通过合理构建异质微观结构与纳米尺度中熵金属间化合物，为增材制造超强可变形铝合金提供了创新解决方案。相较于传统铝合金只能实现超高强度或高塑性单一性能，这些新型合金实现了二者兼得。” Wang 和 Zhang 已向普渡大学技术商业化办公室披露此项创新成果，该办公室已向美国专利商标局提交专利申请以保护知识产权。此项研究成果已在权威期刊《自然-通讯》发表，并获得了美国国家科学基金会及海军研究办公室的资助支持。 轻质高强铝合金在航空航天及汽车制造等领域具有广泛应用前景。“但当前商用高强铝合金大多无法用于增材制造，”Shang指出，“这些材料极易产生热裂纹，由此引发的缺陷会导致合金性能显著劣化。” 传统上缓解增材制造热裂纹的方法是通过引入颗粒来阻碍位错运动，从而强化铝合金。“但这类合金的最高强度仅能达到300-500兆帕，远低于钢材600-1000兆帕的强度水平，”Wang教授指出，“现有技术难以同时实现铝合金的高强度与良好塑性变形能力。” 普渡大学研究团队通过引入钴、铁、镍、钛等过渡金属，成功制备出金属间化合物强化的增材制造铝合金。Shang表示：“这些金属元素在传统铝合金制造中通常被刻意回避——因其形成的金属间化合物具有低对称性晶体结构，室温下通常表现为脆性。但我们的方法使过渡金属元素形成了纳米级层状金属间化合物团簇，这些细密蔷薇状结构能有效抑制金属间化合物的本征脆性。” Wang教授进一步解释，“这种异质结构包含硬质纳米金属间化合物和粗晶铝基体，能产生显著背应力，从而提升金属材料加工硬化能力。激光增材制造特有的快速熔凝特性，恰好能促成纳米金属间化合物及其层状结构的形成。”
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