封面文章 | 华南理工大学王智教授团队：通过3D打印和热挤压制备一种具有互穿结构的铝基复合材料

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IJMMM2023  Volume 30  Issue 4



文章信息

通过3D打印和热挤压制备一种具有互穿结构的铝基复合材料 (点击查看原文)

林育林, 王迪, 杨超, 张卫文, 王智

引用本文：

Yulin Lin, Di Wang, Chao Yang, Weiwen Zhang, and Zhi Wang, An Al–Al interpenetrating-phase composite by 3D printing and hot extrusion, Int. J. Miner. Metall. Mater., 30(2023), No. 4, pp. 678-688. 

https://doi.org/10.1007/s12613-022-2543-z

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封面文章文章亮点

01

构筑粗晶铝合金和纳米结构铝合金复合的铝/铝异构复合材料。

02

通过SLM和热挤压技术实现高致密成形。

03

发现异构结构导致了显著的背应力强化和对裂纹产生限制作用。

文章导读

轻量化金属结构材料在航空航天、武器装备和交通工具领域具有迫切需求。铝合金是轻量化金属材料中的重要一员，提升强度和比强度，有利于加速开发高性能铝合金，拓宽其应用范围。

本文基于异构材料的设计理念，设计了一种铝/铝异构材料，具体为AlMgMnScZr合金/Al₈₄Ni₇Gd₆Co₃合金结合通过粉末冶金工艺制备而成。采用激光选区熔化（SLM）制备了AlMgMnScZr合金的点阵结构，然后添加Al₈₄Ni₇Gd₆Co₃非晶合金粉末进行热挤压成形，获得的异构材料如图1所示。热挤压温度分别在300–500°C，在挤压过程中，异构材料中的Al₈₄Ni₇Gd₆Co₃非晶合金区域原位晶化为超高强度纳米结构铝合金（压缩屈服强度达到1.7 GPa）。

图1 (a) 3D-CT 重构三维结构图； (b) 根据3D-CT 重构的孔隙分布图；(c) 3D-CT 重构三维结构纵截面图； (d)横截面SEM图。

异构材料的微观结构由铝合金点阵结构（平均晶粒尺寸小于1 μm）与纳米结构铝合金结合而成，界面结合良好，点阵结构在热挤压过程中未发生明显弯曲。挤压温度的升高会导致点阵结构中富Mn和富Sc的析出相粗化。异构结构的组成为AlMgMnScZr点阵结构（软区）和Al₈₄Ni₇Gd₆Co₃纳米结构铝合金（硬区）。材料的压缩屈服强度达到750 MPa，并具有较大的压缩塑性，并且发现粗晶点阵结构可以抑制纳米结构区域裂纹的扩展，如图2和3所示。这说明这种粗晶铝点阵结构和纳米结构铝通过异构结合，可以获得较好的强韧性。

图2 (a) 压缩应力–应变曲线；(b) 应变硬化率与真应变的关系。

图3 (a,b) 压缩断裂后的3D-CT 重构三维结构图；(c,d) 压缩断裂后的纵截面图。

团队负责人简介

王智，工学博士，教授，博导/硕导，华南理工大学2016年杰出人才计划高层次引进人才。分别获得德国德累斯顿工业大学和华南理工大学的双博士学位，先后在德国亥姆霍兹柏林能源材料中心（HZB）、德国固体材料研究所（IFW Dresden）和日本東北大学原子分子材料科学高等研究机构(WPI-AIMR)从事科研工作。发表SCI索引论文共计80余篇，其中以第一作者或通讯作者SCI论文35余篇，近五年Google Scholar引用3100余次，H因子达到32，包括Acta Materialia，Nature Communication，NPG Asia Materials，International Journal of Plasticity，Additive Manufacturing, JMST等知名期刊。出版编著1本共上下两册（两名共同编辑之一），担任5个SCI期刊编委或青年编辑，近5年国内外重要会议邀请报告25余次，40余个国际SCI期刊审稿专家。主持项目来自国家自然科学基金、科技部高端外专人才计划、科技创新特区、日本学术振兴会、挪威教育研究部、国家重点研发子课题、广东省基础与应用基础研究基金、广东省省级科技计划项目国际科技合作领域、广西省重大专项课题、广州市科技创新发展专项、澳大利亚核科学和技术组织 (ANSTO) 等。

END

撰稿 | 林育林

编辑 | 陈佩仙

排版 | 候晓梅

审核 | 黄冬华

期刊简介ABOUT US

《矿物冶金与材料学报（英文版）》(InternationalJournal of Minerals, Metallurgy and Materials，IJMMM)是由教育部主管、北京科技大学主办、Springer Nature合作出版的英文学术期刊，1994年创刊，月刊。主要刊载矿物、冶金和材料领域的原创研究论文和特约综述等。被SCIE，EI，CAS，Scopus，ProQuest，OCLC，INSPEC等国际著名文摘或检索系统作为文献源期刊收录。入选中科院期刊分区二区。2021 JCR影响因子为3.850，在冶金与冶金工程学科和矿业工程与矿物加工学科位于Q1区,  在材料科学综合学科位于Q2区。2021 CiteScore为4.7，在材料科学–金属与合金类期刊中排名第27位（共155种期刊），位于Q1区。入选《有色金属领域高质量科技期刊分级目录》T1级别；《冶金工程技术领域高质量科技期刊分级目录》T1级别。

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