金屬與粉末冶金

俄科學(xué)家利用3D技術(shù)打印渦輪機和燃燒室

增材制造技術(shù)（即3D打印技術(shù)）是目前全球增長最快的創(chuàng)新制造行業(yè)，是衡量一個國家工業(yè)發(fā)達程度的獨特的現(xiàn)實指標。在俄羅斯實施高技術(shù)產(chǎn)業(yè)進口替代和進口趕超的國家戰(zhàn)略的時間節(jié)點上，薩馬拉國立航空航天大學(xué)（以下簡稱“薩航大”）的科學(xué)家在實驗室中研發(fā)出一項航空工業(yè)零部件3D制造技術(shù)，原理是使金屬粉末在特殊的3D打印機上進行“烘焙”得到相應(yīng)零部件。

薩航大增材制造技術(shù)實驗室主任維塔利·斯梅洛夫指出，采用材料烘焙技術(shù)能夠制造出各類工具、模具、發(fā)動機零件、衛(wèi)星部件、火箭零件等多種構(gòu)件。薩航大實驗室中采用新技術(shù)造出的第一批零件涉及發(fā)動機領(lǐng)域。薩航大采用增材技術(shù)生產(chǎn)出的樣品將被用來測試零件的參數(shù)。選取了飛行器發(fā)動機系研制的小尺寸發(fā)動機零件的3D模型作為基礎(chǔ)，并選擇了其最重要的部件—燃燒室和渦輪機進行初始測試。通過軟件設(shè)置其融接模式和載體類型。每個零件的制造耗時約10h。由金屬制成的燃燒室和渦輪機經(jīng)過臺架試驗后即可用于真正的發(fā)動機。通過烘焙生長出來的試驗零件，還需要按照發(fā)動機自身的結(jié)構(gòu)進行修正，以便得到更精確的操作參數(shù)。由于航空航天技術(shù)產(chǎn)品不但載荷重，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝難度大，因此零件的制造要求更為苛刻，而薩航大制造的樣件在高溫、高壓負荷試驗中也取得了很好的效果，證明產(chǎn)品具有高品質(zhì)。

專家認為，作為航空航天和電力工程產(chǎn)品傳統(tǒng)制造方法的替代技術(shù)，制件在3D打印機上沿金屬表面“直接生長”，在經(jīng)濟上非常劃得來。新技術(shù)使用金屬粉末數(shù)量與制造成品部件所需數(shù)量完全相同。在傳統(tǒng)技術(shù)流程中存在制造零件模的環(huán)節(jié)，而且一個生產(chǎn)周期就達到3～6個月。利用增材技術(shù)則可使零件制造時間縮短為48h左右。由此將帶來可以感知的經(jīng)濟效益：降低生產(chǎn)高科技產(chǎn)品的勞動成本、節(jié)約材料和加工時間。此外，新技術(shù)能夠快速改變產(chǎn)品形狀從而加速零件制造周期。畢竟，現(xiàn)代生產(chǎn)的特點是產(chǎn)品更新?lián)Q代相對較快。這通常不是指影響產(chǎn)品功能質(zhì)量的基本組件的改變，而是指殼體元件、裝飾元素等外觀設(shè)計的改變。因此在很多情況下，使用昂貴的模具工具的必要性不復(fù)存在。（科技部）

AP&C獲2項金屬3D打印材料制造專利技術(shù)

近日，金屬3D打印技術(shù)和材料制造商Arcam宣布，他們在加拿大蒙特利爾的金屬粉末制造子公司AP&C（高級粉末和涂層）最近申請了2項專利，也就是說該公司又發(fā)現(xiàn)了2款新型金屬材料。有了這2項專利，該公司就可以實現(xiàn)高密度的反應(yīng)性金屬材料的高產(chǎn)，生產(chǎn)出的金屬材料具有更低的氣體壓力，有助于提高這些粉末的流動性。

該公司的第1項專利主要涉及AP&C的專有技術(shù)Plasma Atomization（譯為等離子霧化），這項技術(shù)主要用于線材，棒材等多金屬加熱。該技術(shù)可以大量生產(chǎn)用于金屬打印的微型粉末，并減少生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染的風(fēng)險。

AP&C的董事長Jacques Mallette說道：“高產(chǎn)量和高生產(chǎn)效率是降低成本的主要途徑，我們公司的等離子霧化專利技術(shù)在實現(xiàn)金屬材料高產(chǎn)上起著重要推動作用。”

而該公司的第2項專利技術(shù)主要通過增材制造技術(shù)來實現(xiàn)金屬材料的最佳流動性，這項專利技術(shù)適用于AP&C所有的金屬材料制造技術(shù)，包括等離子霧化、等離子球化、等離子電極旋轉(zhuǎn)和其他一些氣體霧化過程。（中國有色金屬報）

新型金屬合金可用于綠色冷卻技術(shù)

一種有前途的新金屬合金系統(tǒng)可能會導(dǎo)致商業(yè)上可行的磁制冷劑和環(huán)保冷卻技術(shù)，據(jù)美國羅切斯特理工學(xué)院的科學(xué)家說。

羅切斯特理工學(xué)院材料科學(xué)與工程項目負責(zé)人Casey Miller和他的同事們在10月28日出版的《Scientific Reports》期刊上發(fā)表了研究成果，《Scientific Reports》是來自Nature出版商的在線開放獲取期刊。在這個領(lǐng)域，Miller的工作也促進了國際間的合作，在10月6日《Applied Physics Letters》期刊上發(fā)表的論文被選為編輯的精選，任何讀者可免費獲得。

這項發(fā)表在《Scientific Reports》的研究探索了可作為下一代冷卻技術(shù)組成部分的一種鐵基合金。這種材料利用磁場來改變制冷劑的溫度，不需要與全球變暖有關(guān)的冷卻氣體。該熱力學(xué)現(xiàn)象被稱為“磁致熱效應(yīng)”，使磁制冷成為一種環(huán)保和高效的方式，可替代當(dāng)前的冷卻技術(shù)。

該合金是稀土元素構(gòu)成金屬的替代物，稀土元素主要產(chǎn)自中國并越來越多地用于現(xiàn)代磁體。稀土金屬的供應(yīng)和成本容易受到地緣政治的影響，會阻礙新磁制冷技術(shù)的商業(yè)可行性，作者們說。而過渡金屬通常具有穩(wěn)定性的供應(yīng)鏈，且比稀土元素更便宜，他們說。（中國鎢業(yè)協(xié)會）

透明鋁已經(jīng)成為現(xiàn)實

在電影《星際迷航》中有一種透明鋁，這種透明鋁看來就像現(xiàn)在得到的一樣真實，這要歸功于美國海軍研究實驗室的科學(xué)家Jas Sanghera博士，他曾描述這種透明鋁“實際上是一種礦物，鋁酸鎂。它的優(yōu)點是比玻璃更加強硬。它可以在更惡劣的環(huán)境中提供更好的保護-因此，它能承受沙子和雨水的沖刷”。

作為一種更耐用材料，它擁有尖晶石薄層結(jié)構(gòu)，與玻璃相比可以提供更高級的性能。Sanghera進一步描述了制造過程：“你把粉末放入，然后在真空條件下按壓（熱壓），將粉末擠在一起，如果你能做到這一點，那么你就可以擺脫所有夾帶的空氣，并且可以明顯的看到它會突然的散發(fā)出來。”當(dāng)薄片剛壓制好，他會在進一步精煉成其他用途如防彈玻璃前，進行研磨和拋光。如果成本在適當(dāng)?shù)臅r候降下來，那么消費類應(yīng)用也將受益，包括智能手機和手表。（中國有色金屬報）

美國用3D打印金屬火箭發(fā)動機

到目前為止，3D打印火箭發(fā)動機零件當(dāng)中最復(fù)雜的一個就是渦輪泵，美國阿拉巴馬州Huntsville的NASA Marshall太空飛行中心（NASA‘s Marshall Space Flight Center）液氫推進劑下進行的一系列試驗中都達到了90 000rmp的轉(zhuǎn)速。NASA專家相信，伴隨著噴射器的制造和測試以及其他火箭發(fā)動機零件的測試，為3D打印復(fù)雜的火箭發(fā)動機以及更高效生產(chǎn)未來航天器鋪平了道路。

3D打印也稱為添加劑制造，是提高空間飛行器設(shè)計使其能夠承擔(dān)火星任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。因此，太空先鋒們總是可以更換全部可用零件。

渦輪泵是火箭發(fā)動機的關(guān)鍵組件，渦輪旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生超過2 000馬力的功率——該功率是NASCAR發(fā)動機的2倍。進行了不下15次的測試，渦輪泵達到滿功率，每分鐘提供1 200加侖液氫；足以供應(yīng)上一級火箭發(fā)動機35 000磅的推力。

美國阿拉巴馬州Huntsville的NASA Marshall太空飛行中心（NASA‘s Marshall Space Flight Center）工程師準備測試3D打印渦輪泵。3D打印渦輪泵比采用傳統(tǒng)焊接和裝配技術(shù)制造的同類泵要減少45%。Marshall工程師設(shè)計燃料泵及其部件，促使4個供應(yīng)商采用3D打印工藝來制造這些零件。（中國有色金屬報）

中國將主導(dǎo)制定稀土國際標準

據(jù)悉，以中國為主導(dǎo)的6國組成了專業(yè)委員會，將于2016年年底之前敲定稀土國際標準化組織（ISO）的新標準。業(yè)內(nèi)人士指出，推出稀土行業(yè)的國際標準有利于促進國際貿(mào)易。中國主導(dǎo)稀土國際標準擬定，則能搶占“定規(guī)矩”的先機，提升在國際上的話語權(quán)。如果今后國際標準延伸到行業(yè)下游應(yīng)用環(huán)節(jié)，中國將從中獲得更大益處。

日前，有報道稱，稀土的國際標準擬定工作已經(jīng)啟動。在中國的主導(dǎo)下，包括日本在內(nèi)的6個國家組成了專業(yè)委員會，將在2016年年底之前敲定國際標準化組織（ISO）的新標準。專業(yè)委員會由中國擔(dān)任理事國，日本、美國、澳大利亞、韓國和印度參加。稀土保管和運輸方法、化合物中所含元素的分析方法等將納入標準擬定范圍。（國際商報）

國內(nèi)首個金屬3D打印產(chǎn)業(yè)基地落戶青島

11月25日，工業(yè)級3D打印領(lǐng)航企業(yè)華曙高科與國內(nèi)最大3D打印公共服務(wù)平臺三迪時空在青島簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。雙方將合作共同打造國內(nèi)首個金屬3D打印產(chǎn)業(yè)基地和3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)體系。此次合作，將極大地促進國內(nèi)金屬3D打印行業(yè)服務(wù)水平整體提升，為更多的企業(yè)提供快捷、高效的3D打印服務(wù)。

“與三迪時空的戰(zhàn)略合作，將充分發(fā)揮華曙在研發(fā)、技術(shù)、設(shè)備和材料等方面的核心競爭優(yōu)勢，以及三迪時空在服務(wù)平臺、客戶資源和渠道整合等方面的優(yōu)勢，推動青島地區(qū)乃至全國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進中國制造到中國智造的歷史性轉(zhuǎn)變?！比A曙高科創(chuàng)始人、董事長許小曙說。

“建設(shè)中德金屬3D打印產(chǎn)業(yè)基地就是希望借助先進科研力量，促進國內(nèi)金屬3D打印在設(shè)備、材料上技術(shù)革新，為國內(nèi)企業(yè)搶占高端3D打印市場提供支撐?！比蠒r空網(wǎng)絡(luò)科技有限公司董事長李培學(xué)說，初步規(guī)劃的金屬3D打印產(chǎn)業(yè)基地將囊括中德金屬3D打印產(chǎn)業(yè)研究院、國家級金屬3D打印實驗室、設(shè)備中心、軟件中心、材料中心、總裝廠、集中制造中心，金屬3D打印人才培訓(xùn)基地，引進同類企業(yè)5～8家。（湖南日報）

研究量子自旋液體的新理想材料成功開發(fā)

中國人民大學(xué)物理系李岳生和張清明課題組，與復(fù)旦大學(xué)物理系教授陳崗理論合作，與中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心及復(fù)旦大學(xué)進行ESR，He3-SQUID，低溫XRD，稀釋制冷機低溫比熱的實驗合作，首次成功推出一個全新的研究量子自旋液體的理想材料YbMgGaO4：該材料具有R-3m高對稱空間群，具有完美的三角格子；其內(nèi)部的磁性雜質(zhì)的含量不超過0.04%，完全可以忽略；非對稱各向異性的DM相互作用從晶體對稱性上是完全禁戒的；相對于層內(nèi)近鄰相互作用，層間相互作用可以忽略；通過光學(xué)浮區(qū)爐技術(shù)，很容易生長出高質(zhì)量的大單晶；非磁性的對照材料LuMgGaO4一樣也容易獲得：可以利用其得到精確的YbMgGaO4磁比熱（核磁矩的貢獻也可以一并扣除：核磁矩比熱主要來源于Ga核）；Kramers稀土離子Yb3+在低溫下帶1/2有效自旋，并且具有強烈的自旋-軌道耦合；單位原胞包含奇數(shù)個電子；材料絕緣程度極高。這些自然的優(yōu)點注定該自旋系統(tǒng)的基態(tài)“不可能太平庸”，同時科研人員預(yù)見其將激起大量的相關(guān)實驗研究。

科研人員通過各種極低溫測量手段來探索YbMgGaO4的基態(tài)性質(zhì)。實驗結(jié)果材料具有4K的反鐵磁交換相互作用，但是一直降到60mK也沒有從熱力學(xué)測量上觀測到任何相變，甚至到60mK自旋系統(tǒng)的熵已經(jīng)接近于0（<0.6%），表明系統(tǒng)的基態(tài)應(yīng)該至少是完全無序的。低溫磁化率和比熱隨溫度變化規(guī)律表明該系統(tǒng)的低能激發(fā)是零能隙的（

國內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)創(chuàng)新技術(shù)破解世界性難題

日前，由東北大學(xué)張廷安教授帶領(lǐng)的特殊冶金創(chuàng)新團隊研發(fā)的氧化鋁生產(chǎn)創(chuàng)新技術(shù)，破解了赤泥無法經(jīng)濟可行利用的這一世界性難題。通過中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鑒定，2項發(fā)明技術(shù)達到國際領(lǐng)先。

如何有效利用我國中低品位鋁土礦一直是我國氧化鋁工業(yè)的技術(shù)瓶頸問題。東北大學(xué)張廷安教授帶領(lǐng)的特殊冶金創(chuàng)新團隊經(jīng)過十幾年的潛心研究，從根本上解決了赤泥的大規(guī)模、低成本無害化和資源化利用，其創(chuàng)新的技術(shù)是氧化鋁生產(chǎn)的顛覆性技術(shù)。據(jù)估算，如果我國普遍采用該技術(shù)，氧化鋁生產(chǎn)每年可額外獲得經(jīng)濟效益500億元，如現(xiàn)有的拜耳法赤泥全部采用該方法處理，則可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益近千億元，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

目前，2項技術(shù)發(fā)明形成了15項系列發(fā)明專利、2項國際PCT專利，并在實驗室建立了年處理5萬t的擴試規(guī)模試驗線。（新華網(wǎng)）

我國科學(xué)家在金屬鈦中同時獲得超細晶的強度和粗晶的塑性

最近，中國科學(xué)院力學(xué)研究所納米金屬力學(xué)行為課題組與美國北卡州立大學(xué)的科研人員合作，在金屬鈦中研制出一種新的微觀結(jié)構(gòu)，不僅具有超細晶結(jié)構(gòu)的高強度，同時具有傳統(tǒng)粗晶的大塑性。他們利用異步軋制技術(shù)和退火，把常規(guī)金屬鈦變形成為一種“軟-硬”復(fù)合的層片狀微結(jié)構(gòu)，其中高強度的超細晶“硬”層片為基體，彌散分布著體積分數(shù)約為25%、大塑性的再結(jié)晶晶粒的“軟”層片。

“軟-硬”層片微結(jié)構(gòu)的一個顯著特點是很大的加工硬化能力，甚至超過了粗晶結(jié)構(gòu)，這是以前從未觀察到的。通過拉伸卸載/再加載實驗，他們發(fā)現(xiàn)“軟-硬”層片表現(xiàn)出顯著的包申格效應(yīng)。他們指出這是由于背應(yīng)力硬化效應(yīng)所導(dǎo)致的，并提出了背應(yīng)力形成機理，即“軟-硬”層片在拉伸變形時塑性變形不協(xié)調(diào)，大量的塑性變形由“軟”層片來承擔(dān)。這種應(yīng)變再分配在“軟-硬”層的界面形成了幾何必需位錯和位錯塞積，產(chǎn)生了背應(yīng)力硬化。相比之下，均質(zhì)微結(jié)構(gòu)中只存在林位錯硬化，而觀察不到背應(yīng)力硬化。

更特別的是，雖然“軟”層片的體積分數(shù)達到了25%，總的強度仍可達到超細晶的強度，這一違背教科書常識的結(jié)果來源于背應(yīng)力強化。當(dāng)外應(yīng)力達到“軟”層片屈服強度的時候，它們試圖開始塑性變形。但是它們被“硬”層片完全包圍而無法變形，導(dǎo)致幾何必需位錯塞積在“軟-硬”層片界面，形成很大背應(yīng)力強化，直到“硬”層片開始屈服。換句話說，“軟”層片在背應(yīng)力作用下變得與“硬”層片幾乎一樣強。

他們的工作提出了一種可同時獲得超細晶的高強度和粗晶塑性的新思路，這樣的力學(xué)性能完美結(jié)合是以前從未實現(xiàn)的。同時，這種思路具有很大的可能性來適用于其它的金屬材料。更由于“軟-硬”層片微結(jié)構(gòu)是通過工業(yè)上最普遍的冷軋成型技術(shù)得到的，所以很容易在工業(yè)上得到規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。（中科院力學(xué)研究所）

金屬3D打印關(guān)鍵承力構(gòu)件實現(xiàn)高性能航天產(chǎn)品首次應(yīng)用

從中國航天科工集團二院25所獲悉，該所聯(lián)合西工大制成金屬3D打印關(guān)鍵承力構(gòu)件，實現(xiàn)國內(nèi)高性能中空點陣結(jié)構(gòu)在航天產(chǎn)品上的首次應(yīng)用，在航天輕量化結(jié)構(gòu)研制上取得重大突破，代表了我國3D打印技術(shù)的最高水平。

該產(chǎn)品具備高性能、高精度、輕量化等特點，充分體現(xiàn)先進設(shè)計與3D打印技術(shù)的完美融合。在全國“大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新”活動周北京主會場上，該產(chǎn)品獲得國務(wù)院總理李克強的高度贊揚。

對于當(dāng)前國際先進制造領(lǐng)域炙手可熱的3D打印技術(shù)，該所已有十余年技術(shù)積累。多年來該所結(jié)合航天產(chǎn)品具體需求，開展了多種增材方式、多種金屬材料的復(fù)雜構(gòu)件增材成型技術(shù)研究，實現(xiàn)了多款產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的3D打印制造。目前該所已掌握面向3D打印的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝和制造全流程的核心技術(shù)，完全具備金屬3D打印精密結(jié)構(gòu)的研制能力，為高性能航天產(chǎn)品的研制和快速響應(yīng)研發(fā)提供了保障。（科技日報）

我國首個金屬材料高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)在四川授牌

“攀枝花國家釩鈦高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)”于11月28日在四川授牌，這是經(jīng)國務(wù)院批準的首個以金屬材料產(chǎn)業(yè)開發(fā)為主要依托的國家級高新區(qū)，也是攀西戰(zhàn)略資源創(chuàng)新開發(fā)的重大科技孵化平臺和主要成果轉(zhuǎn)化載體。

據(jù)了解，位于川西南和滇西北結(jié)合部的攀枝花市具有天然的資源和區(qū)位優(yōu)勢，近年來大力推進釩鈦戰(zhàn)略資源綜合開發(fā)利用，目前已經(jīng)成為世界第2大釩產(chǎn)品基地、中國最大鈦原料基地和中國西部重要的鋼鐵生產(chǎn)基地，釩鈦產(chǎn)業(yè)集群躋身中國產(chǎn)業(yè)集群50強，被命名為“中國釩鈦之都”。

目前該區(qū)已引進企業(yè)175家，其中省級以上創(chuàng)新型企業(yè)36家、國家級高新技術(shù)企業(yè)30家，擁有國家級釩鈦科技孵化器、釩鈦資源綜合利用國家重點實驗室、國家釩鈦制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，以及國家級釩鈦資源綜合利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，形成了以釩鈦、化工、機械加工為主導(dǎo)，以現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、新材料為補充的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。（新華網(wǎng)）

天津科技大學(xué)研發(fā)醫(yī)用鈦合金獲發(fā)明專利

天津科技大學(xué)自主研制開發(fā)的“一種無鎳生物醫(yī)用鈦-鈮-鋯（Ti-Nb-Zr）合金材料及其制備方法”項目，日前獲授國家發(fā)明專利。并獲得實際應(yīng)用，進一步提升了企業(yè)同業(yè)競爭力。

天津科大研發(fā)推出的此項醫(yī)用鈦合金新材料制備工藝，首先將合金原料（鈦、鈮、鋯）按一定百分比進行混合配料，在真空電弧爐中熔煉制出鑄錠；然后將鑄錠進行熱加工處理和時效處理，再反復(fù)冷拔制造出合金材料，并對其進行記憶熱處理，進而使該合金材料具有優(yōu)良的綜合使用性能。

據(jù)悉，這一新型醫(yī)用鈦合金材料不但生產(chǎn)工藝簡單可靠，還具有超彈性、低模量、高強度、耐腐蝕等特點，且無生物毒性，生物相容性好，易加工成型，已成為制作人工骨、人工關(guān)節(jié)、牙科固定器、牙科修復(fù)材料等用于人體組織修復(fù)的理想綠色材料。（天津科技大學(xué)）