新一代金属材料—Next+Generation+Metal+Ma王自东分析
日本、韩国钢铁新材料研发情况对我国的启示
日本、韩国钢铁新材料研发情况对我国的启示肖邦国;霍咚梅【摘要】This article makes several recommendations on the new generation steel materials of China’s steel industry, based on the present situation and the research process of new steel materials from Japan and Korea. Point out that China’s steel industry still exist several issues. In instance, the development and applications of advanced technology and high-end product almost rely on the introduction and imitation. It is believed that the new generation steel will be developed on the vigorously knows from fundamental and frontier steel studies. It is suggested that steel enterprises should gradually increase research investment, cooperate with excellent enterprises, early intervene to downstream industries, and make the development of new technologies and new processes as a new momentum in the future development of business.%在研究了日本、韩国钢铁行业新材料发展及研发模式的基础上，对我国钢铁行业新材料研发工作提出了几点建议。
低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa涂层的抗燃气热冲击性能研究
材料研究与应用 2024，18（1）：123‐132Materials Research and ApplicationEmail ：clyjyyy@http ：//mra.ijournals.cn 低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa 涂层的抗燃气热冲击性能研究赵宇1,毛熙烨2,3*,吕伯文2*,邓朝阳2,董东东2,李创生2,毛杰2,邓春明2,邓畅光2,刘敏2（1.中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002； 2.广东省科学院新材料研究所/现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室，广东 广州 510650； 3.景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，江西 景德镇333403）摘要： 为了保障涡轮叶片材料的抗高温氧化与耐热腐蚀性能，采用低压等离子喷涂技术在航空发动机涡轮叶片试验件上成功制备了NiCoCrAlYTa 涂层。
通过对不同粉末制备的NiCoCrAlYTa 涂层进行1 000 ℃/75 h 燃气热冲击试验，研究了带涂层叶片尺寸、涂层表面形貌、相组成和显微组织、涂层厚度和均匀性等性能参数的变化。
结果表明：热冲击试验后，不同涂层叶片的整体尺寸未发生显著变化，表明涂层在高温环境下具有稳定的尺寸；涂层表面形成了Al 2O 3膜和NiAl 2O 4尖晶石，保留了较好的结构完整度，这有助于提高涂层的耐腐蚀性能；涂层的物相组成主要包括γ-Ni 、γ'-Ni 3Al 和少量的β-NiAl ，形成了贫Al 区、互扩散区、二次反应区等典型微区结构，析出的TCP 相为R 相，表明在热冲击过程中涂层发生了相变；不同粉末制备的NiCo‐CrAlYTa 涂层均表现出了良好的抗热冲击性能，为航空发动机涡轮叶片的高温应用提供了可行的涂层方案。
关键词： 低压等离子喷涂；NiCoCrAlYTa 涂层；燃气热冲击；抗热冲击性能；；抗氧化性能;叶片尺寸;涂层厚度;互扩散中图分类号：TG174.442 文献标志码： A 文章编号：1673-9981（2024）01-0123-10引文格式：赵宇，毛熙烨，吕伯文，等.低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa 涂层的抗燃气热冲击性能研究［J ］.材料研究与应用，2024，18（1）：123-132.MAO Xiye ，ZHAO Yu ，LV Bowen ，et parative Study of NiCoCrAlYTa Coatings After Burner -Rig Test ［J ］.Materials Research and Application ，2024，18（1）：123-132.0 引言随着航空发动机向高推重比发展，发动机的进口燃气温度不断提高，涡轮叶片长期经受高温燃气的冲击和腐蚀，对涡轮叶片材料的抗高温氧化和耐热腐蚀性能提出了严格的要求［1］。
金属与粉末冶金
新材料产业 NO.01 202093澳大利亚研究人员提升3D 打印金属合金强度近日，澳大利亚墨尔本皇家理工大学研究人员研究发现，利用超声波能够改变3D打印金属合金的微观结构，增强其强度和一致性，该研究有望推动增材制造新技术的发展。
研究人员使用了2种常用合金，钛合金Ti—6Al—4V和镍基高温合金Inconel 625，来演示验证其超声波方法。
钛合金T i—6A l—4V常用于飞机部件和生物植入物，镍基高温合金Inconel 625常用于海洋和石油工业。
测试结果表明，与传统的增材制造相比，这些零件的抗拉强度和屈服应力提高了12%。
下一步研究人员希望扩大该技术的应用规模，使其适用于不锈钢、铝合金和钴合金等其他金属材料（北方科技信息研究所）美国利用微生物菌株从消费电子垃圾中回收稀土元素稀土对国家经济和安全至关重要。
为了增加稀土供应，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）领导的一个关键材料研究小组结合材料学与微生物学，开发出一种生物吸附剂材料，通过将微生物包埋在聚合物中，能够从消费电子废物中回收稀土元素。
研究团队开发出一种大肠杆菌生物吸收剂，并将其封装在可渗透的聚乙二醇双丙烯酸酯水凝胶中。
所得到的微生物菌珠能够选择性地从工业电子废物原料渗滤液中提取稀土。
此外，微生物菌珠可重复使用，其吸附能力在连续9次吸附/解吸循环测试后保持不变。
与大多数非稀土金属离子相比，微生物对稀土表现出普遍的吸附偏好，并且表面吸附的稀土可以通过解吸容易地回收，从而实现有效的稀土回收和生物质的循环利用。
表面吸附的稀土可通过脱附的方式快速回收，从而实现有效的稀土回收和生物质循环利用。
（北方科技信息研究所）印度研发出3D 金属打印设备印度威普罗3D公司与印度科学学院合作研发出印度首台3D金属打印设备，正在开展标杆分析（B e n c h m a r k i n g）工作。
该研发项目由印度重工业部支持。
采用的是选区电子束熔化(SEBM)粉末床熔融技术，具有先进的热管理系统、更高的零件密度和更好的机械性能。
211171118_铜包铝镁合金拉拔工艺及力学性能研究
世界有色金属 2023年 1月下146前沿技术L eading-edge technology铜包铝镁合金拉拔工艺及力学性能研究张 超1，谢国锋2，张小立1，徐玉松3（１．江苏科技大学冶金工程学院，江苏 张家港 ２１５６００；２．江苏广川超导科技有限公司，江苏 张家港 ２１５６００；３．江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 ２１２１００）摘 要：本文采用道次延伸系数相同的拉拔配模方法计算了５１５４铜包铝镁合金杆由Φ７．４ｍｍ拉拔至Φ４．１ｍｍ的拉拔道次及平均延伸系数，并根据理论计算结果进行相关试验。
测试了不同直径原始态及回火态合金杆的室温拉伸性能，详细讨论拉拔工艺对材料应变硬化性能的影响规律，并分析材料的拉伸断裂特征。
结果表明：５１５４铜包铝镁合金杆从Φ７．４ｍｍ减径到Φ４．１ｍｍ的总延伸系数为３．２５８，拉拔道次为３次，道次平均延伸系数为１．４８。
随拉拔道次增加，原始态和回火态合金杆力学性能均呈现先增加后降低特征，但下降趋势不明显，两种状态试样的应变硬化指数随拉拔道次增加呈线性下降趋势。
室温拉伸断口中存在大量等轴状韧窝，断裂方式为穿晶韧性断裂。
关键词：５１５４铝镁合金；拉拔配模；回火处理；应变硬化中图分类号：ＴＧ３３５．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）０２－０１４６－３Study on Drawing Process and Mechanical Properties of Copper Clad Aluminum Magnesium AlloyZHANG Chao 1, XIE Guo-feng 2, ZHANG Xiao-li 1, XU Yu-song 3（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ ２１５６００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｇｕａｎｇｃｈｕａｎ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ ２１５６００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２１００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｄｒａｗｉｎｇ ｄｉｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐａｓｓ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ５１５４ ｃｏｐｐｅｒ ｃｌａｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｒｏｄ ｆｒｏｍ Φ ７．４ｍｍ ｄｒａｗｎ ｔｏ Φ ４．１ ｍｍ ｄｒａｗｉｎｇ ｐａｓｓｅｓ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ， ａｎｄ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｔｅｓｔｓ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｔｈｅ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｌｌｏｙ ｒｏｄｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒｅｄ ｓｔａｔｅｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒａｗｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ， ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ５１５４ ｃｏｐｐｅｒ ｃｌａｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｒｏｄ Φ ７．４ ｍｍ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Φ Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ４．１ｍｍ ｉｓ ３．２５８， ｔｈｅ ｄｒａｗｉｎｇ ｐａｓｓ ｉｓ ３ ｔｉｍｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｓｓ ｉｓ １．４８． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｄｒａｗｉｎｇ ｐａｓｓｅｓ， ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｌｌｏｙ ｒｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒｅｄ ｓｔａｔｅ ｂｏｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｔ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｒｅｎｄ ｉｓ ｎｏｔ ｏｂｖｉｏｕｓ． Ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｔａｔｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｄｒａｗｉｎｇ ｐａｓｓｅｓ． Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｅｑｕｉａｘｅｄ ｄｉｍｐｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅ ｉｓ ｔｒａｎｓｇｒａｎｕｌａｒ ｄｕｃｔｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ．Keywords: ５１５４ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ； Ｄｒａｗｉｎｇ ｄｉｅ； ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ； ｓｔｒａｉｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ收稿日期：２０２２－１２作者简介：张超，男，生于１９８６年，汉族，江苏张家港人，硕士，实验师，研究方向：金属功能材料。
不同变形量5182-O_铝合金汽车板PLC_效应表现和吕德斯带演变
精 密 成 形 工 程第15卷 第12期50 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年12月收稿日期：2023-09-08 Received ：2023-09-08基金项目：山东省重点研发项目（2021SFGC1001）Fund ：Key Research and Development Project of Shandong Province(2021SFGC1001) 引文格式：麻慧琳, 吴万东, 徐志远, 等. 不同变形量5182-O 铝合金汽车板PLC 效应表现和吕德斯带演变[J]. 精密成形工程, 2023, 15(12): 50-57.MA Hui-lin, WU Wan-dong, XU Zhi-yuan, et al. PLC Effect and Luders Band Performance of 5182-O Aluminum Alloy Automo-tive Plate under Different Deformation[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(12): 50-57. *通信作者（Corresponding author ） 不同变形量5182-O 铝合金汽车板PLC效应表现和吕德斯带演变麻慧琳，吴万东*，徐志远，杨立民，刘明诏，王磊（山东南山铝业股份有限公司 国家铝合金压力加工工程技术研究中心，山东 烟台 265700） 摘要：目的 系统研究变形量对5182-O 合金吕德斯效应、PLC 效应和吕德斯带演变的影响，为提高汽车用5182-O 合金冲压零件表面质量、扩大其应用范围奠定理论基础。
方法 采用透射电子显微镜（TEM ）、拓扑仪和万能拉伸试验机等手段表征变形时材料的位错演变、局部变形带形成、宏观形貌演变规律等。
结果 当材料变形量较小时，位错密度较低，呈现随机散布状态，随着变形量的增大，位错快速增殖且密度迅速增大，位错相互缠结，当材料变形发展至PLC 效应临界区时，逐渐演变形成小范围位错塞积群，当材料变形发展至PLC 效应深入发展区时，最终演变形成大范围位错塞积群和林位错墙，而与之相对应的材料表面的宏观形貌演变规律如下：由低变形量时的光滑表面演变为单条变形条带、多条变形条带和最终致密粗糙的变形条带。
Mn、N共掺杂高活性ORR催化剂的合成
30)．通过热重分析可知，MnPc 分子在 480 ℃下脱 H 形成悬空键而产生的分子间键合作用使其生长为 Mn-N-C/G-30
催化剂．通过 SEM、TEM、XRD 的形貌表征，表明合成 Mn-N-C/G-30 催化剂结构与前驱体酞菁锰完全不同，是一
种新型叶片状纳米材料，且具单晶结构，其晶格间距为 0.315 nm．通过 Raman 和 XPS 的结构表征，证明合成 Mn-
第 54 卷 第 11/tdxbz202006072
天津大学学报(自然科学与工程技术版) Journal of Tianjin University(Science and Technology)
Vol. 54 No. 11 Nov. 2021
Mn、N 共掺杂高活性 ORR 催化剂的合成
N-C/G-30 催化剂结构中形成了不同于 MnPc 中 Mn-N4 配位结构的 Mn-N 活性位点．采用了三电极体系进行电化学
测试．线性伏安扫描测试结果表明，合成 Mn-N-C/G-30 催化剂在 25 ℃、0.1 mol/L 的 KOH 水溶液中的 ORR 起始电 位和在电位 0.88 V 条件下的电流密度分别为 0.97 V 和 1.4 mA/cm2，优于 MnPc(0.85 V 和 0.1 mA/cm2)和商业化 Pt/C 催化剂(0.94 V 和 1.3 mA/cm2)的性能(以上电位均相对于氢标电位)．K-L 图的计算结果表明，合成 Mn-N-C/G-30 催
大量的研究表明，过渡金属-氮-碳(Metal-N-C， Metal＝Fe、Co、Mn 等)催化剂通过降低氧还原过程 表面吸附的*OOH 和*OH 中间产物的结合能，表现出 高的 ORR 电催化活性[9-10]．Anandhababu 等[11]通过 聚铁酞菁碳化制备的 Fe-N-C 催化剂，与 20% (质量 分数)的商业化 Pt/C 催化剂相比，具有更高的 ORR 催化活性．最近，Lü 等[12]研究了在聚对苯乙烯磺酸 钠改性石墨烯上生长的钴(Ⅱ)四硝基酞菁钴的 ORR 活性．这种催化剂在 0.1 mol/L 的 NaOH 溶液中显示 出高的 ORR 电催化活性及良好的性能稳定性．
铁镍电池负极研究进展
第52卷第11期 辽 宁 化 工 Vol.52，No.11 2023年11月 Liaoning Chemical Industry November，2023收稿日期： 2023-03-20 铁镍电池负极研究进展王晓函，杨少华*，李继龙 （沈阳理工大学 环境与化学工程学院, 辽宁 沈阳 110159）摘 要：随着中国提出了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，新能源技术成为中国的重要战略布局领域。
镍铁电池以其超长寿命、高安全性、高可靠性和生态友好的特点，为能源存储和转换设备和系统提供了巨大的机会。
然而，由于电极在水电解质中的钝化、析氢和自放电，导致其容量和充放电速率迅速下降，阻碍了其广泛应用。
总结了近些年国内外相关研究成果，介绍了不同类铁镍电池的改进和优化，通过研究分析，发现铁镍电池仍有进一步提高电池性能的空间。
关 键 词：铁镍电池；负极材料；电解液添加剂中图分类号：TM912 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）11-1686-04传统化石燃料的应用为人类社会发展带来了前所未有的繁荣和福祉。
但是，人类活动造成的过多的二氧化碳排放量对全球温度和海洋酸度产生了负面影响。
除此之外，化石燃料是一种不可再生的资源，化石能源的枯竭将迫使人们寻求替代碳源达到维持可持续经济发展的目标。
风能、太阳能、潮汐能、地热能等多种能源是这方面很有前景的途径，但是，这些能源的利用受到了时间性和空间性以及成本问题的限制难以大规模使用[1-4]，储能器件的研究对于提高可再生能源的利用效率非常关键[5]。
目前广泛应用的电池包括：锂离子电池、钠离子电池、镍氢电池、镍铬电池、铅酸电池和水系电池等[6-11]。
通过比较发现，水系镍铁电池具有很多优点：铁在地壳中分布广，负极材料容易获得且成本较低，适用于未来的大规模能源储备；铁镍电池能承受过充和过放，在自然或人为不利的条件下更加安全可靠；使用对环境更友好的电解液，有效阻止了有机电解液在充放电过程中的安全问题。
铝合金电弧增材制造研究现状
第52卷第11期表面技术2023年11月SURFACE TECHNOLOGY·111·铝合金电弧增材制造研究现状张铂洋1，李旭2，张玉娇1，李英豪1，宗然1*（1.山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博 255000；2.山东越浩自动化设备有限公司，山东 临沂 276000）摘要：电弧增材制造技术（Wire Arc Additive Manufacturing，WAAM）具有沉积速率高，成形速度快以及适合各种成形环境的优点，吸引了越来越多的高校及科研机构投入其中，如何进一步发挥电弧增材制造的优势是当下的研究热点。
阐述了铝合金电弧增材过程中热输入、电流方式和外加能场对成形件表面形貌、微观组织以及力学性能的影响。
当焊接电流较小或焊接速度较快时，热输入较低，熔融金属冷却速度快，形核率高，成形件为晶粒细小的等轴晶粒，提供给气孔的形成、聚集和长大的时间短，即热输入越低，成形件等轴晶区越宽，晶粒越细小，气孔缺陷越少，成形件机械性能越优异。
对比分析了不同电流方式的电弧增材制造成形件性能差异，发现脉冲和变极性电流方式的热输入比无脉冲电流方式低，成形件晶粒更精细、缺陷更少、机械性能更优异；脉冲和变极性电流方式都可以清理成形件表面氧化膜，获得平整的表面。
分析了电弧增材制造系统的优化方案，发现施加磁场、激光可以使得电弧更加集中，调控熔池流动，避免熔敷金属铺展不均匀；施加原位轧制、层间锤击以及超声喷丸可使得沉积层发生变形，在晶粒内产生大量位错；利用水箱或者添加保护气喷嘴可以降低电弧增材过程的热输入，获得晶粒细小、气孔缺陷少的成形件。
最后提出了电弧增材铝合金现阶段存在的问题以及解决方法。
关键词：铝合金；电弧增材；热输入；电流方式；外加能场中图分类号：TG456.2文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0111-17DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.009Research Status of Arc Additive Manufacturing of Aluminum AlloyZHANG Bo-yang1, LI Xu2, ZHANG Yu-jiao1, LI Ying-hao1, ZONG Ran1*(1. School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China;2. Shandong Yuehao Automation Equipment Company Limited, Shandong Linyi 276000, China)ABSTRACT: Aluminum alloys have advantages of low density and high specific strength, so they are widely used in lightweight design fields such as aerospace and automobiles. With the development of the aerospace and automotive industries, aluminum alloy structural parts have developed towards high precision, large size and complex shapes, which puts forward higher requirements for the manufacturing technology of aluminum alloy parts. Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) has the advantages of high deposition rate, fast forming speed and is suitable for various forming environments, attracting more and收稿日期：2022-09-06；修订日期：2022-12-24Received：2022-09-06；Revised：2022-12-24基金项目：国家自然科学基金（51905321）；山东省精密制造与特种加工重点实验室Fund：National Natural Science Foundation of China (51905321); Shandong Provincial Key Laboratory of Precision Manufacturing and Non-traditional Machining引文格式：张铂洋, 李旭, 张玉娇, 等. 铝合金电弧增材制造研究现状[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 111-127.ZHANG Bo-yang, LI Xu, ZHANG Yu-jiao, et al. Research Status of Arc Additive Manufacturing of Aluminum Alloy[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 111-127.*通信作者（Corresponding author）·112·表面技术 2023年11月more universities and scientific research institutions for investigation. How to make full use of the advantages of WAAM to reduce or avoid defects in WAAM is a research hotpot.The effect of heat input, current waveform and external energy field on the surface morphology, microstructure, and mechanical properties of the WAAM parts is expounded. It is found that when the welding current is small or the welding speed is fast, the heat input of the WAAM is small. Therefore, the melting metal cooling speed is fast, the nucleation rate is high, the grain does not have enough time to grow up, so the forming part has fine equiaxed grains. When the heat input is low, the time for the formation, aggregation and growth of pores is shorter. In other words, the lower heat input, the wider equiaxed crystal zone, the smaller grains, the less pore defects, and the better mechanical properties of the forming parts. The reasons for the different properties of WAAM with different current modes were analyzed. It was found that the heat input of pulse current and variable polarity current mode was lower than that of no pulse current mode, and the oxide film on the surface of the forming part could be cleaned, so that the forming part with flat surface could be obtained. The optimization scheme of arc additive manufacturing system was analyzed. It was found that applying magnetic field and laser could make the arc more concentrated, control the molten pool flow, and avoid the uneven spread of molten metal. In situ rolling, interlayer hammering and ultrasonic shot peening could deform the sedimentary layer and produce a large number of dislocations in the grain. The heat input of arc additive could be reduced by using water tank or adding protective gas nozzles, and the formed parts with small grains and fewer porosity defects could be obtained.At present, the research of arc additive manufacturing of aluminum alloy mainly focuses on: reducing heat input by changing wire feeding speed, traveling speed and current mode and combining molding with other equipment to reduce the air hole defect of arc additive molding parts. However, the process parameters require a lot of experiments, which requires a lot of material cost and time cost. In the future, in order to make arc additive manufacturing technology be better applied to aluminum alloy manufacturing, it is necessary to develop a composite arc additive system with multi-energy field co-convergence, and adjust process parameters associated; establish the process parameters database and realize the sharing of manufacturing data;combine the numerical simulation with the experiment, verify the rationality of the simulation through the experiment, and explain the defects in the forming process and the mechanism of microstructure evolution from the perspectives of temperature field, flow field and stress field in the arc additive process, so as to guide the experiment.KEY WORDS: aluminum alloy; arc additive manufacturing; heat input; current mode; energy field铝合金由于具有密度小、比强度高及优良的综合力学性能等优点被广泛应用于航空航天、汽车等轻量化设计领域中[1]，伴随着航空航天和汽车产业发展，铝合金结构件已经朝着高精度、大尺寸和复杂形状发展，这对铝合金部件的制造技术有了更高的要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光学性能： 纳米晶粒吸光能力强； 光吸收率大
电学性能：电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导，金属 向绝缘体转变 ，磁场中材料电阻的减小非常明显 磁学性能： 纳米晶粒的磁各向异性与粗晶粒材料有显著的区别
热学性能：纳米微粒的熔点、烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多
纳米材料的制备方法
气相合成与制备纳米材料 将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或者在衬底上沉积和生长出低维纳米材料的方法。 主要包括物理气象沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。 用来制备纳米粉体、纳米丝和生长出超晶格薄膜和量子点。
reinforced copper alloy，Nanotechnology ，2009, 20 : 075605; SCI
收录, EI收录 Chen Mingwen, Wang Zidong, Xu Jian-Jun, Xie Jianxin, The effect of far field flow on a spherical crystal growth in the undercooled melt, Acta Mechanica Sinica, 2008, 24: 681~689. (DOI: 10.1007/s10409-008-0169-7) ISSN: 0567-7718; SCI收录, EI收录
纳米弥散相增强金属材料制备技术 声子晶体材料 连续定向凝固制备技术（铜管材等）
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
1. 金属凝固理论
用解析的方法对材料制备加工中常见的生长过 程（如定向凝固与自由凝固系统内）发生的强非线
铜合金铸件等；结构与功能一体化高性能阻尼钢——结构用
高阻尼减振钢板，框架用高阻尼减振工字钢，减振降噪用声 子晶体材料等。 金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
三、研究方向对学科发展的作用 主要研究方向
金属凝固理论
量子效应
纳米晶粒尺寸降到一定程度，其声、电、光、磁、热及 超导性与宏观特性有着显著地不同。
表面效应
纳米微粒具有尺寸小、比表面积大、表面能高等特点，其活性极高， 遇到其他原子很快结合，使其稳定化。
纳米材料的力学性能
弹性模量比常规晶粒材料的弹性模量降低了30%～50% 硬度或强度是同成分传统晶体(晶粒＞1μm)金属硬度或强度的2 ～7倍
铝及铝合金线材等
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
代表性论文
ZidongWang, XuewenWang, Qiangsong Wang, I Shih and J J Xu. Fabrication of a nanocomposite from in situ iron nanoparticle
2、候选材料
细晶、微晶材料
纳米晶金属材料 金属基复合材料
非晶材料
金属纳米复合材料
2.1 细晶、微晶材料
材料的抗拉强度提高20~30%，延伸率 有下降，但下降的幅度较小
从制备工艺来看， 快速凝固方法 大变形的方法
机械合金化的方法
与大工业生产的接轨，难度较大
2.2 纳米材料
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
专利
王自东等.一种在钢液中形成纳米颗粒的制备技术. 200910089679.5 林国标, 王自东, 张鸿等.一种提高Cu-Cr系铜合金强度和导电率的热处理方法. 200910085266.X 林国标, 王自东等.一种铜合金反重力铸造升液管. 20091009685.0 王强松，王自东，谢建新，张鸿等.一种耐高压铸造铜合金. 专利 号:200710176461. 申请日：2007年10月29日. 公开号: CN 101148714 王强松,王自东,谢建新, 张鸿等. 一种高强耐压铸造铜合金. 申请号： 200810114812. 申请日：2008.6.12. 公开号: CN 101289715
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
成果应用
短流程高效制备铜管技术的项目已完成 中试阶段、工程化技术与设备研究开发工作，
已在中铝洛铜公司设计、制造Байду номын сангаас安装了工程
化装备及相应的工装。完成了六流、拉坯速 度2.5～4m/h制备铜管坯的有负荷试车工作。
性阶段的胞、枝晶生长和球晶生长中的动力学过程
以及界面稳定性等进行深入细致的研究。该项研究 是应用数学、材料科学与凝聚态物理学交叉领域的 前沿课题。其解决对材料制备加工工艺的改进与终 端产品质量的提高等均具有重大而深远的意义。
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
机械合金化法(Mechanical Alloying,MA)
又可以称为机械研磨(Mechanical Milling,MA)，指的是利用机械球磨方法 制备纳米材料的方法。 MA常用的设备为高能研磨机，有搅拌式、振动式、振摆式等。
从结构角度看，纳米材料可分为： ①零维纳米材料：纳米颗粒、原子团簇 ②一维纳米材料：纳米丝、纳米棒、纳米管等 ③二维纳米材料：超薄膜、多层膜等 ④三维纳米材料：纳米相材料
纳米材料的基本效应
小尺寸效应
当纳米材料组成相的尺寸较小时，材料的性能会发生变化，当 组成相的尺寸小到某一临界尺寸时，材料性能将发生明显的变化。
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
二、定位发展目标和主要任务
主要从事金属凝固、加工成形过程中的理论与工艺控制 研究工作，包括：胞、球晶生长理论；高性能纳米弥散相增 强合金；连续定向凝固技术，制备高性能铜及铜合金管线材、 铝及铝合金丝材，陀螺仪上用银包铝丝，特种功能用银包铜 丝等特种丝材和超细丝材；特种铸造技术，如制备高强高导
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
金属功能材料制备与成形研究室
提
纲
1、 定义 2、候选材料 3、纳米复合材料 4、纳米弥散相获得的理论基础 5、铜基纳米复合材料的微观组织 6、铜基纳米复合材料的力学性能 7、结论
bandgap
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Frequency/Hz
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
4.连续定向凝固制备技术
制备具有连续柱状晶或单晶组织的 铜管材 铜及铜合金杆线材
2.纳米弥散相增强金属材料制备技术
金属材料的增强、 增韧是一对矛盾 增强——强度提 高塑性下降 增韧——塑性提 高强度下降 如何做到增强同时增 韧或增强时塑性不下 降？ 纳米增强技术
20nm
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
纳 米 材 料 基 本 特 征
A 纳米材料的定义
B C D
纳米材料的基本效应
纳米材料的性能与应用
纳米材料的制备方法
纳米材料定义和分类
• • • 纳米材料定义 组成相或晶粒结构长度尺寸控制在100nm以下的材料。 纳米材料组成的基本（组成）单元可以是原子团簇、纳米微粒、纳米线、 或纳米膜。它既包括金属材料，也可以包括无机非金属材料和高分子材料。 纳米材料的四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。
金属功能材料制备与成形研究室
北京科技大学
University of Science and Technology Beijing
Chen Mingwen, Wang Zidong, Xu Jian-Jun, The evolution and morphological stability of a spherical crystal, Science in China E, 2008, 51(3): 225~ 243. ISSN: 1006-9321; SCI收录, EI收录 陈明文, 王自东, 孙仁济, 远场来流对过冷熔体中球晶生长的影响, 物理学报, 2007, 56(3): 1819~1823. ISSN: 1000-3290. SCI收录 EI收录 Zhang Hong, Wang Zidong, Xie Jianxin, Chen Yajun, Wang Yingwei. Crystal Preferential Orientation Analysis of Al-1.0wt%Si Alloy in Continuous Unidirectional Solidification Process. Transactions of Nonferrous Metals Society of china. 2006, 16(S3): s1518-s1522; SCI收录 陈明文，王自东，徐鉴君. 球晶的演化和形态稳定性. 中国科学E辑：技术科 学. 2007, 36(5): 644-660
新一代金属结构材料—Next Generation Metal Materials