本发明公开了一种提高铝合金强韧性的电磁成形和时效热处理 复合新方法，属于铝合金形变热处理技术领域。该方法包括以下过程： 固溶淬火处理、双级时效处理和电磁成形步骤。相对于现有的预变形- 固溶淬火-终变形-人工时效工艺，本发明克服了其处理工艺复杂，容易 导致二次变形，使用性能下降等问题，简化了可热处理强化铝合金的 制造工艺路线，避免了传统制造工艺中二次变形和性能降低的现象。 实验证明，经本方法成形的铝合金构件，无明显二次

悬赏金额：10万元 发榜企业：深圳市豪龙新材料技术有限公司  需求领域：精细化工 产业集群：先进材料产业集群 技术关键词：光刻树脂; 光刻胶; 特种硅树脂; 高性能硅橡胶; 紫外光固化技术

铝及其合金是工程应用最广泛的结构材料之一。传统的铝合金零件通过铸造、锻造和粉末冶金等方法制造，与这些传统制造过程相关的工具设备增加了制造成本和交付周期。3D打印技术由于为制造设计提供了丰富的自由度而广泛应用于工程零件的制造。现有3D打印技术中，选择性激光熔化（SLM）是发展最为广泛的方法之一。但是SLM工艺中的冶金缺陷如许多裂纹、球化和气孔导致只有有限数量的金属适合该种工艺，且具备满足要求的密度、微观结构和强度。 中南大学粉末冶金研究院李瑞迪研究员和新西兰奥克兰大学、中车工业研究院有限公司等单位合作通过对合金元素进行调控和热处理工艺的探索，发展了一种适用于SLM制备工艺，具有良好抗裂性和高强度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相关论文以题为“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金属材料顶级期刊《Acta Materialia》在线发表。 在该项工作中，研究人员设计了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用雾化合金粉末进行3D打印制备。在没有Si元素的情况下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制备过程中均易发生热裂纹，平均裂纹密度随Mg含量的增加而增大。发现在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能够有效地抑制SLM过程中的热裂纹，同时细化制备合金的微结构，从而提高打印试样的力学性能。 图1：不同成分的打印样品晶粒尺寸和形貌EBSD分析结果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶体学取向用倒极图（IPF）表示。 图2：Mg和Si元素对试样断裂行为的影响。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉应力应变曲线。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的断口SEM图像。 通过对合金成分的进一步微调，研究人员设计了一种新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。这种新合金具有明显的细化微观组织，由亚微米胞体和胞体中存在的共晶Al3（Sc，Zr）纳米粒子（2-15nm）和粒间Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直径10-100nm）组成。打印试样中形成了高密度的层错和独特的9R相。试样的拉伸强度和延伸率分别达到497MPa和11%。经过时效处理后，试样的拉伸强度达到550MPa，塑性在8%～17%之间。除了固溶强化、晶界强化和纳米颗粒强化外，高密度层错也有助于强化。 图3：不同组分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印样品的细晶区TEM图像：（a1-2）合金4的胞状结构；（a3-4）合金的柱状结构；（b1-5）合金（b2）的胞状结构是（b1）的暗场图像；（b3-4）合金的柱状组织#5；图（a2），（a4），（b2）和（b4）显示了晶间共晶组织；（b5）是SLM-printed Alloy#5细胞的干HAADF图像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相应EDX图谱。 图4：（a）SLM打印合金#5时效前后的拉伸应力应变曲线。曲线“#5”表示打印合金#5；曲线“#5-HT1”表示360℃时效8h的合金#5；曲线“#5-HT2”表示300℃时效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2断裂处拉伸试样的透射电镜显示具有高密度位错和SFs的变形组织。（c）沿[001]方向的变形亚晶中滑移带和滑移方向的HRTEM图像。（d）在（-100）面上用（c）图中标记区域的傅里叶逆变换图像显示出高密度位错。 这项研究成果通过在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精细打印微观组织，获得了无裂纹的打印合金成分。随后通过热处理时效工艺引入高密度层错并细化晶粒，开发出了一种具有低热裂敏感性和高强度的新型铝镁合金。这项工作提供了一种解决和消除SLM工艺中的冶金缺陷的铝镁合金成分设计方法和热处理工艺，推动了SLM制造技术的工程应用。

本成果针对镁合金生产与应用过程中的关键问题，成功开发了镁合金目标 产品的集成应用技术和循环利用技术，打通了目标产品的合金开发、产品设计、 材料加工、产品生产、产品应用和合金废料返回利用的整个技术链条和循环过程。 主要创新成果为：1）发明了一批高品质镁合金。2）开发和发明了高质量铸造产 品高效环保加工技术和成套的型材挤压技术，成功制备了世界上最大规格的中 空型材；大幅度提高了铸件的成品率。3）首次创新开发了 “重质夹杂逆向自净 化”的“反向"过滤技术和成套装备，攻克了过滤精炼能力快速衰减的国际难题。 4）建立了镁合金材料及产品服役性能数据库，开发了专家预测系统及先进的镁 产品开发技术系统，建成了国内外第一个综合性的“镁合金材料替换设计及产品 应用技术开发平台"，解决了镁产品推广应用中新材料和新产品脱节的瓶颈问题。 成功开发了 200余款（种）镁合金及铸造产品、300多种规格高品质镁合金 管型材和两大系列镁合金气体保护熔铸和废镁回收再生装备，已在1000多万辆 汽车得到成功应用，并已成功装备轨道交通工具及军工关键装备上。节能效益非 常明显，创造了显著的经济效益和社会效益。

本项目针对实际生产中存在的铝合金机匣变色、耐磨性不够高等困扰企业多 年的技术难题，经过工艺改进和优化，开发出了纳米尺度阳极氧化新技术，解决 了铝合金机匣变色的技术难题。近5年来，采用纳米阳极氧化新技术处理的铝合 金机匣40余万件，产生直接经济效益1200万元，每年节约成本200万元。同时, 在节能排放方面产生了巨大的社会效益。

该项目属于新材料领域的耐火材料无铬化、节能化主题；是解决制约我国水泥行业20多年的水泥回转窑烧成带耐火材料的无铬化难题。目前，用于水泥回转窑烧成带的耐火材料主要是镁铬砖，但镁铬砖在生产及使用中产生剧毒的六价铬，对人体、环境造成巨大危害。为替代镁铬砖，实现无铬化、节能化，本项目建立了反应烧结合成铁铝尖晶石（Hercynite）的理论、合成出了八面体结晶的Hercyntie、并制备出了高性能的镁铁铝尖晶石砖。经国内外200多条生产线的使用，不仅可以完全替代镁铬砖，彻底解决镁铬砖污染难题，而且技术性能处于国际领先水平。

我国是世界第一铜消费大国，但75%的铜资源依赖进口。开发高性能铜铝复合材料，替代广泛应用于信号传输、输变电、仪器仪表等领域的纯铜导体，对于推进以铝节铜、缓解铜资源短缺具有重大意义。本成果发明了高性能铜包铝材料的连铸直接复合及加工成形短流程技术，研制了连铸成形关键装备，突破了双金属连铸直接复合界面控制、双金属复合材料加工协调变形等关键技术，开发出高性能铜包铝电力扁排、铜包铝扁线和圆线等产品。本成果技术具有生产效率高、环境负荷低和成本低，可生产大断面和异型断面铜包铝复合材料等特点。获授权国家发明专利10项，已转让两家企业实施，已建成年产千吨、三千吨、五千吨级铜包铝复合材料生产线3条，可节铜70%以上，取得了显著的经济和社会效益。本成果专家鉴定意见认为：“…具有鲜明的独创性和完全自主知识产权，整体处于国际领先水平，…”。获2010年度教育部技术发明一等奖。

本技术（发明专利号 ZL200510044627.8）公开了一种使铜-铝接头结合强度 高的扩散钎焊方法，主要是在铜板与铝板叠合待焊面之间放置表面去除氧化膜 的片状 Al-Si-Mg 钎料，用不锈钢工装板将工件夹紧后放入真空炉中，以工艺参 数为：升温速度为 10～20℃/min，当温度升至 300～350℃和 510～540℃时，各 保温 5min，然后继续升温至 616～624℃，保温时间 4～6min；进行真空扩散钎 焊。

本技术（发明专利号 ZL200910231168.2）公开了一种铜与铝异种金属间的 低温钎焊方法，是在松香酒精有机钎剂的润湿作用下，通过锌基钎料实现了铜 与铝板材的低温钎焊连接。本发明方法具有工艺简单、制造成本低、生产周期 短、能实现批量生产和便于推广应用等优点。采用本发明方法可以获得界面结 合良好的铜与铝钎焊接头，钎焊接头合格率 100%。经试验测试：铜与铝钎焊接 头的剪切强度大于 40MPa，抗拉强度大于 80MPa，能够满足电力设备上对铜与 铝连接接头的各种需求。

刘奇航及其合作者以最近由中科院物理所领衔的研究团队发现的ZnCu3(OH)6BrF为例，采用修正后的单体平均场密度泛函理论方法，对这一体系的本征和掺杂行为进行了详尽的模拟。研究发现，ZnCu3(OH)6BrF掺杂后，掺入的电子并没有成为期待的“自由载流子”，而是局域在一个铜原子周围，引起了局域形变。这种电子与束缚它的晶格畸变的复合体称为极化子（如图一所示）。本征材料的带隙中形成新的电子态。因此，电子掺杂后，ZnCu3(OH)6BrF并没有实现半导体到导体的转变。相比之下，具有类似CuO4局部环境的铜氧化物高温超导体的母体材料Nd2CuO4显现除了不同的随掺杂浓度变化的导电性。研究发现，低掺杂浓度时，铜原子附近形成较为扩展的极化子，因此在高掺杂浓度时，这些极化子之间的跃迁可以使系统导电性大大增加，实现半导体到导体的转变，与实验观测很好地吻合。 该研究圆满地解释了最近实验上观测到的Kagome晶格的锌铜羟基卤化物在掺杂后并不导电的现象，指出要在量子自旋液体实现超导，仅仅找到量子自旋液体体系是远远不够的，还必须实现有效掺杂，注入一定浓度的“自由载流子”，为耕耘在该领域的实验工作者提出了新的挑战和实验方向。