新材料與新工藝

新材料與新工藝

美國研發3D打印高強度合金新方法

美國休斯研究實驗室的研究人員研發出一種3D打印高強度鋁合金的新方法。采用該方法制造的鋁合金不但不會出現周期性裂紋，其強度還可與鍛造材料相媲美。

3D打印可以提高設計自由度和制造靈活性，但目前使用的5500多種合金中，絕大多數無法采用3D打印制造，僅有少數幾種合金能夠可靠地打印出來。這是因為在制造過程中，凝固動力學會導致打印出的材料出現周期性裂紋。研究人員引入納米粒子來控制3D打印過程中的凝固，較好地解決了這一問題。

研究人員首先選用鋁合金進行實驗，隨后利用計算機軟件分析了4500多種不同合金和納米粒子的組合，最終選定表面氫化處理的鋯作為一種合適的納米粒子材料。在實驗中，研究人員在強度較高的7075鋁合金和加工性能較好的6061鋁合金的霧化粉末中添加表面氫化鋯納米粒子涂層，再使用選擇性激光熔化技術，進行3D打印。結果發現，與未添加納米粒子的7075和6061粉末制造的部件相比，添加了納米粒子的合金未出現裂紋痕跡，而且強度堪比鍛造材料。

中科院多材料3D打印免裝配柔性驅動器研究獲進展

該方法既突破了傳統制造方式的限制，又保持了合金的強度，還可應用于其它合金，進一步充實了3D打印材料“家族”。 (KJ.0922)

日本東北大學的研究人員開發出一種獨特的熱處理工藝，能夠提高銅-鋁-錳（CuAlMn）形狀記憶合金的彈性等性能。

日本開發新型熱處理工藝實現形狀記憶合金批量生產

金屬通常由大量多晶體組成，但在某些情況下，當金屬由單晶形成時，其性能將有所提升，然而，單晶金屬的生產成本通常較為昂貴。研究人員利用一種被稱為“異常晶粒生長”的現象，研發出了降低單晶合金生產成本的方法。該工藝在加熱條件下會導致金屬的多個“晶粒”或晶體不規則地生長，通過數個加熱和冷卻循環工序，可以生產大型單晶棒。研究人員先將合金加熱至900℃，再冷卻至500℃，循環5次；然后，將合金加熱至740℃，再冷卻至500℃，循環4次；最后，將合金加熱至900℃。若忽略低溫加熱（740℃）/冷卻（500℃）的循環過程，就無法獲得單晶合金的效果。目前，研究人員采用該工藝，可以生產長度為70cm、直徑為15mm的單晶金屬棒。這與目前的形狀記憶合金金屬棒相比尺寸更大，更適合建筑和土木工程領域應用。

該工藝簡單方便，有利于批量生產單晶合金，為形狀記憶合金結構材料的制備和應用開辟了新的領域，如建筑物和橋梁的抗震等。

(北信所)

中國科學院蘭州化學物理研究所的研究人員利用3D打印技術在計算機輔助設計（CAD）、自由制造加工和器件成型等方面的優勢，采用多材料3D打印技術構筑了含有磁性和非磁性部分的分段組合的免裝配柔性驅動器，實現了彎曲、變形與貨物運送等功能。

研究人員在自主研發的具有磁性的柔性3D打印光敏樹脂的基礎上，通過改進數字化光處理（DLP）成型的3D打印機，使其能夠在垂直方向上將兩種或多種光敏樹脂進行自由切換，發展了雙（多）材料3D打印技術，實現了含有磁性和非磁性部分的驅動器件的免裝配一次成型制造。力學測試和掃描電子顯微鏡（SEM）分析結果表明，磁性和非磁性兩種樹脂之間具有很好的結合力，并且能夠進行有效的磁場驅動。

作為概念驗證，研究人員采用該多材料3D打印技術制作了一個能夠遠程控制的抓取器，并且進行了抓取、傳送及釋放等功能驗證。這種簡單通用的多材料3D打印技術將很好地拓展3D打印在遠程控制釋放與柔性機器人等方面的應用。

(蘭化物)

我國石墨烯重防腐涂料研究獲兩項重大突破

我國在石墨烯重防腐涂料研究方面取得了兩項重大突破：一是中國科學院寧波材料技術與工程研究所開發出了擁有自主知識產權的新型石墨烯改性重防腐涂料；二是揚州大學聚合物—無機微納復合材料工程技術研究中心聯合華南農業大學、江蘇特威機床制造有限公司、揚州大學鎮江高新技術研究院，以及江蘇維特金屬防腐科技有限公司等有關科研單位及企業，成功研制出了無溶劑石墨烯重防腐涂料。

石墨烯具有優異的阻隔和屏蔽性能，能夠顯著提高涂層的抗腐蝕介質滲透能力，在重防腐涂料領域具有重要的應用價值。重防腐涂料是減小腐蝕破壞、保障苛刻腐蝕環境下裝備和設施可靠性和服役壽命的關鍵材料，其發展水平是一個國家涂料科技水平的重要標志。

寧波材料技術與工程研究所成功突破了石墨烯改性防腐涂料研發及應用的四大技術瓶頸，研發的石墨烯改性重防腐涂料已經通過了中國腐蝕與防護學會鑒定，鹽霧壽命超過6000h，達到國際領先水平，并已由寧波中科銀億新材料有限公司實施了產業化，成功應用于國家電網、石油化工、海洋工程與裝備等領域，將改變我國重防腐涂料被國外產品壟斷的市場格局，保障我國熱帶海洋地區重大工程裝備及“一帶一路”基礎設施建設，服務國家安全和海洋經濟發展戰略。

揚州大學等單位的研究人員采用爆炸法制備石墨烯微片，采用原位表面修飾技術制備石墨烯微片粉末，并與環氧樹脂、聚氨酯，以及丙烯酸酯樹脂等樹脂體系復合，制備出了無溶劑石墨烯重防腐涂料。目前，該產品已成功投產并實現了工程示范應用。

(刊 綜)

2017年7月，美國國家航空航天局（NASA）與軌道ATK公司合作承擔的“機器人裝配與服務商業基礎設施”（CIRAS）項目在蘭利研究中心完成了部分技術——“夾具加工與裝配機器人”（NINJAR）2.0的地面演示驗證，標志著其大型結構在軌裝配技術研究取得了重要進展。

NASA大型結構在軌裝配技術研究獲進展

此次試驗驗證了NINJAR 2.0對支架進行定位并將支架與接頭一起裝配成方形桁架的能力，以使機器人能夠在軌用電子束焊機精準地固定接頭。下一步，該項目還將開發NINJAR 3.0，將桁架裝配、制造、實用工具和機器人輔助技術集成到裝配過程中，并開發狀態評估系統，使桁架定位和角度測量可視化。

CIRAS類似于一個便攜式車間，其桁架制造功能研發成功后將再增加太陽能電池陣列安裝等功能，最終將采用NASA原來用于抓捕小行星的“鋼筋驅動輕型在軌機械臂”（TALISMAN）。全功能CIRAS機器人制造系統將于2018年進行地面演示驗證。

(賈 平)

新型超輕晶體鋁有望用于航空航天和汽車制造領域

美國猶他州立大學（USU）和俄羅斯南聯邦大學的研究人員利用計算機模型設計出了比水還輕的超輕晶體鋁。這一重大突破性成果有望用于航空、航天和汽車等領域制造超輕部件。

傳統晶體鋁密度為2.7g/cm3，大于水的密度（1g/cm3），用其制成的勺子放在充滿水的水槽中會沉到水底。而在新研究中，研究人員從分子水平上對鋁金屬進行了全新設計，通過計算機模擬獲得了比水更輕的超輕晶體鋁。研究人員以鉆石結構為基礎，將其中的碳原子用鋁原子取代，得到了類似鉆石的四面體結構晶體鋁。計算結果表明，該新型超輕晶體鋁結構非常穩定，其密度僅為0.61g/cm3，能夠漂浮在水面上。

鋁具有非磁性、耐腐蝕、含量豐富、價格低廉和易于生產等優點，該新型超輕鋁結構未來可廣泛應用于研制更輕的航天器、飛機和汽車部件等。該項研究也為新材料的設計提供了新的思路。

(W.KJ)