金屬與粉末冶金

俄羅斯研制出與骨組織彈性完全相同的生物相容性合金

俄羅斯國(guó)家研究型工藝技術(shù)大學(xué)“莫斯科鋼鐵合金學(xué)院”發(fā)布消息稱，該校研究人員與加拿大同行共同研制出了一種彈性與骨組織完全相同的形狀記憶合金，它們由具有生物相容性的鈦鋯鈮合金制成，由于其生物力學(xué)特性，該合金可以大大延長(zhǎng)醫(yī)用植入物的使用壽命。

近年來最常見的骨替代物是鈦植入物，然而，使用鈦合金植入物存在一個(gè)問題，就其所有的生物力學(xué)性而言，它們不如骨頭靈活。這種差異常常導(dǎo)致人體內(nèi)機(jī)械生物平衡遭到破壞。骨組織細(xì)胞由于植入物的材料較硬而不再承受植入物的負(fù)擔(dān)而壞死。結(jié)果，植入物與骨頭的機(jī)械接觸消失，植入物開始松動(dòng)，因而需要被替換下來。

像以前的鈦合金一樣，鈦鋯鈮合金對(duì)像人體這樣腐蝕性的環(huán)境的作用十分穩(wěn)定。加上其擁有的生物力學(xué)兼容性，使得該新型合金植入物變得更加堅(jiān)固耐用。談到該合金的實(shí)際應(yīng)用情況時(shí)，目前該校國(guó)際科研小組正與工業(yè)合作伙伴CONMET公司合作，生產(chǎn)植入圓棒狀金屬坯料，包括在高溫下利用壓力對(duì)毛坯進(jìn)行的各類處理。圓棒將用來生產(chǎn)脊椎椎弓根固定橫梁，治療復(fù)雜形脊柱側(cè)彎。在使用過程中，由鈦鋯鈮合金制成的橫梁在擴(kuò)張變形條件下仍具有壽命長(zhǎng)，抗疲勞的特性，且由于其硬度較低，降低了患者受傷的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高患者生活質(zhì)量。

這種新的超彈性合金也可用于個(gè)性化醫(yī)療。俄研究人員已經(jīng)具有了制造指定成分的粉末狀的鈦鋯鈮合金技術(shù)，借助目前3D打印技術(shù)，可制造出疏松度符合既定要求的金屬植入物。（科技部）

美國(guó)：從煤炭中提取高純度稀土精礦

美國(guó)肯塔基大學(xué)的科學(xué)家成功從煤炭中提取出接近純粹的稀土精礦，所采用的是具有環(huán)保意識(shí)和成本效益的方法。

在獲得美國(guó)能源部超過700萬美元撥款之后，首席研究員兼礦業(yè)工程教授Rick Honaker能夠深入研究創(chuàng)造這種新材料?！懊绹?guó)能源部項(xiàng)目的主要目標(biāo)是生產(chǎn)出稀土元素含量至少達(dá)到2%的精礦，”Honaker說道，“我們已經(jīng)超越了這一目標(biāo)。”

他表示，該提取工藝成功采收出超過80%的給料中存在的稀土元素。從干燥的整塊來看，精礦包含超過80%的稀土元素，以及超過98%的稀土氧化物。此外，常用于國(guó)防、高新技術(shù)和可再生能源領(lǐng)域的釹和釔在整個(gè)精礦中占比超過45%。

同時(shí)，通過這一新的采收工藝，有效將鈧與其他元素分離。該稀土元素常用于航空和照明領(lǐng)域，可以濃縮為單獨(dú)產(chǎn)品。（中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)）

NASA探索新型“鎖子甲”式鎳鈦合金輪胎

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）因而瞄準(zhǔn)未來更大質(zhì)量巡視器設(shè)計(jì)需求，探索一種更耐用的新型“鎖子甲”式鎳鈦合金輪胎，有望賦予未來火星巡視器長(zhǎng)途跋涉的能力。

這種新型輪胎柔韌性較好、不易破損，能比任何非充氣輪胎承擔(dān)更多的形變，主要原因有以下2點(diǎn)，一是采用鎖子甲結(jié)構(gòu)（由連環(huán)互鎖的金屬環(huán)狀物制成），二是采用鎳鈦合金材料。

鎖子甲式的網(wǎng)眼輪胎技術(shù)起步較早。早在20世紀(jì)60年代，人類嘗試?yán)娩撉倬€編制網(wǎng)眼輪胎，這種輪胎雖性能先進(jìn)，但存在承重能力有限等弊端。2009年，NASA與美國(guó)固特異輪胎橡膠公司合作，研發(fā)了一種名為“彈簧輪胎”（Spring Tire）的網(wǎng)眼輪胎，由螺旋鋼絲編織而成，在巖石和沙地上都有不錯(cuò)的抓地力，且較為耐用，曾獲得過被稱為美國(guó)科技界“奧斯卡”獎(jiǎng)的全球百大科技研發(fā)獎(jiǎng)（R&D 100 Award）。然而，NASA在后續(xù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該輪胎在模擬火星地形上運(yùn)行后產(chǎn)生塑性形變，出現(xiàn)凹損。

鎳鈦合金材料具有形狀記憶能力，具有超強(qiáng)的伸縮性，能記憶原始形狀，可在形變10%后恢復(fù)形狀。NASA用鎳鈦合金制成的金屬絲替代傳統(tǒng)的鋼絲，制成的網(wǎng)眼輪胎可在形變量約為傳統(tǒng)材料30倍時(shí)保持彈性形變，意味著輪胎在駛過火星表面尖銳巖石及其他不規(guī)則物體后，可恢復(fù)原有的形狀和性能，為巡視器探測(cè)新區(qū)域和攜帶更重載荷提供支撐。（中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院）

新型合金將革新航空制造業(yè)

美國(guó)空軍科研辦公室正在針對(duì)“可徹底變革飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造”的新一代材料研究項(xiàng)目進(jìn)行資助。它們授予了北德克薩斯工程學(xué)院一份價(jià)值90萬美元的合同，用以開發(fā)多相高熵合金。

這種高熵合金同時(shí)也被稱為復(fù)雜凝聚態(tài)合金，這種新一代的材料有望通過其力學(xué)性能提升（包括在高溫下和室溫下的疲勞性能和蠕變性能），從本質(zhì)上提升飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件的性能。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合金，例如擁有多相微觀結(jié)構(gòu)的鋼，它們是由一種基礎(chǔ)元素——鐵元素，添加適量的其他合金元素——鉻元素或鎳元素，制造出的具有理想結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的合金。

高熵合金則是直接凝聚4～5種合金元素制造而成。這一概念原本目標(biāo)是使用這些合金元素形成單相固溶體，但是采用這種方法產(chǎn)生的材料在飛機(jī)可能服役的高溫環(huán)境下，性能受到限制。

Banerjee計(jì)劃使用計(jì)算工具，將傳統(tǒng)合金中的多相結(jié)構(gòu)與高熵合金進(jìn)行結(jié)合，以此來提升合金性能，發(fā)展新一代可提升飛機(jī)或其他應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)性能的材料。（中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展中心）

新加坡科研人員提高鎂合金性能

鋁合金目前是許多結(jié)構(gòu)應(yīng)用的首選輕金屬，應(yīng)用范圍從飛機(jī)機(jī)身到智能手機(jī)機(jī)身。它質(zhì)輕，耐腐蝕，相對(duì)容易成型、焊接和工作。鎂合金比鋁合金輕1/3，特別適用于質(zhì)量很重的場(chǎng)合。鎂的置換是一項(xiàng)困難的工作，它需要高溫才能成形，并且強(qiáng)度較低。找到一個(gè)提高鎂合金力學(xué)性能和加工性能的方法可能會(huì)發(fā)掘具有現(xiàn)實(shí)利益材料的新應(yīng)用，例如改進(jìn)飛機(jī)、船舶、車輛、手機(jī)和打火機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。

來自新加坡制造技術(shù)研究所和南洋理工大學(xué)的Kai Soon Fong和他的同事們現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種預(yù)處理方法，此方法可顯著提高最廣泛使用的鎂合金AZ31的機(jī)械強(qiáng)度和延展性。

“研究表明，采用快速退火后的正交約束槽壓技術(shù)可以提高商用AZ31鎂合金板材的塑性變形性能?！盕ong說道。約束槽壓涉及在加熱的、波紋狀的模具之間反復(fù)擠壓薄金屬片，如鎂合金。材料這種在非常狹窄的區(qū)域上拉伸或者叫應(yīng)變，引起了塑性變形，同時(shí)防止損壞并誘導(dǎo)微觀晶粒再結(jié)晶成更精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)。通過在每一個(gè)沖壓步驟之間將板材旋轉(zhuǎn)90°使材料反復(fù)變形直至整個(gè)板材加工完畢。然后將材料加熱或退火，以除去殘余應(yīng)力，但加熱速度需要更快，時(shí)間更短，以防止顆粒再次膨脹。

“通過優(yōu)化加工溫度和應(yīng)變速率，我們可以通過晶粒細(xì)化改善其力學(xué)性能，而不是從物理上改變合金，最后得到超細(xì)晶粒組織。”Fong說：“這種加工方法提高了機(jī)械強(qiáng)度和延展性，使其在室溫下更堅(jiān)固、更容易成形。”（山東省科學(xué)院新材料研究所）

GE公司利用雙機(jī)器人冷噴涂系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜金屬構(gòu)件3D打印

GE公司正在利用超音速冷噴涂3D打印系統(tǒng)制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等大型復(fù)雜金屬構(gòu)件，該3D打印系統(tǒng)由兩個(gè)機(jī)器人手臂組成，其中一個(gè)夾持零件，另一個(gè)向其上噴涂金屬粉末。

雙機(jī)器人手臂的自由移動(dòng)可以使噴嘴從各個(gè)角度進(jìn)行噴涂，從而實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜構(gòu)件的制造。研究人員認(rèn)為該系統(tǒng)是3D打印技術(shù)一個(gè)重要進(jìn)展，配備了先進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)軟件的機(jī)器人不再受限于在特定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行3D打印，從而使用戶不再受待加工部件體積或尺寸的限制。為驗(yàn)證其強(qiáng)大的功能，該系統(tǒng)目前已應(yīng)用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的3D打印，這標(biāo)志著GE公司在航空航天增材制造領(lǐng)域取得了又一重要成果。該系統(tǒng)未來發(fā)展重點(diǎn)將不僅僅是用于更大尺寸構(gòu)件的制造，事實(shí)上，系統(tǒng)所具有的智能學(xué)習(xí)能力才是關(guān)鍵，可以使該3D打印系統(tǒng)通過分析每次打印零件時(shí)參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行學(xué)習(xí)，GE公司將這比喻為藝術(shù)上通過不斷練習(xí)達(dá)到完美的過程。（北方科技信息研究所）

中國(guó)科學(xué)家突破稀土分離關(guān)鍵技術(shù)

中國(guó)科學(xué)院廈門稀土材料研究所還與贛州稀土集團(tuán)合作，對(duì)廢渣中稀土和放射性元素的回收開展研究，發(fā)現(xiàn)渣中稀土含量為原山含量的130多倍，但回收其中的有價(jià)稀土元素及放射性元素存在很大的挑戰(zhàn)。針對(duì)放射性廢渣的特點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用新型萃取體系，目前工業(yè)試驗(yàn)進(jìn)展順利，廢渣經(jīng)過酸溶解和萃取，酸浸液的稀土回收率大于92%，放射性元素釷的回收率大于90%；分離所得镥產(chǎn)品的純度大于99%。廢水中，殘余釷的含量達(dá)到稀土工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

中科院海西研究院團(tuán)隊(duì)還與中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所、美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等國(guó)內(nèi)外知名機(jī)構(gòu)合作開展工程技術(shù)研究，提高我國(guó)離子型礦的稀土利用率。該項(xiàng)研究有利于顯著降低酸堿消耗，可節(jié)約直接生產(chǎn)成本25%～30%，具有顯著的間接經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。（中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)）

高熵合金Ta-Nb-Hf-Zr-Ti在超高壓力下超導(dǎo)電性穩(wěn)定性的發(fā)現(xiàn)

最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）超導(dǎo)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭靜副研究員、博士生王紅紅和孫力玲研究員等與美國(guó)普林斯頓大學(xué)Cava教授研究組合作，對(duì)其提供的高質(zhì)量高熵合金——鉭鈮（TaNb）0.67鉿鋯鈦 （HfZrTi） 0.33樣品的超導(dǎo)電性進(jìn)行了系統(tǒng)的原位超高壓研究。發(fā)現(xiàn)該合金在壓力下具有令人驚奇的穩(wěn)定零電阻的超導(dǎo)電性：在高達(dá)190.6 GPa的壓力范圍內(nèi)能保持其電阻-溫度曲線的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變陡降和清晰的零電阻行為，而且在如此大的壓力范圍內(nèi)其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度變化很小。在上海光源完成的高壓同步輻射XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在96 GPa的壓力下，樣品的體積被壓縮至28%，但沒有發(fā)生結(jié)構(gòu)相變。該項(xiàng)研究結(jié)果表明（TaNb）0.67 （HfZrTi）0.33 高熵合金超導(dǎo)體在超高壓產(chǎn)生的大變形量下仍能很好的保持其常壓相所具有的超導(dǎo)電性。該發(fā)現(xiàn)不僅豐富了人們對(duì)超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的了解，也對(duì)超導(dǎo)理論方面完整的理解超導(dǎo)機(jī)制提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。此外，還為滿足對(duì)在超高壓等極端條件下服役的超導(dǎo)材料的潛在需求提供了一種候選合金。（中科院物理所）

中科院寧波材料所LED用稀土發(fā)光材料研究獲進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)制造技術(shù)研究所的光電功能材料與器件團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出一種新型鋇镥硅氧鈰（Ba9Lu2Si6O24：Ce3+）硅酸鹽青色熒光粉；在160℃時(shí)，其熒光量子效率可維持室溫的94%，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。

近日，該團(tuán)隊(duì)通過理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，在Ba9Lu2Si6O24基青色熒光粉發(fā)光性能調(diào)控方面開展系統(tǒng)研究。通過工藝優(yōu)化，熒光內(nèi)量子效率提升至 90%，85℃/85%RH條件老化1 600h以上的光衰小于10%。僅采用該青色熒光粉與紅粉復(fù)合，即可在NUV芯片上獲得顯色指數(shù)90以上的白光?；趯?duì)Ba9Lu2Si6O24第一性原理電子結(jié)構(gòu)計(jì)算和理解，結(jié)合光譜學(xué)的實(shí)驗(yàn)表征手段，該團(tuán)隊(duì)提出一種計(jì)算寬帶隙無機(jī)非金屬材料基體帶隙的方法，并揭示材料發(fā)光的熱穩(wěn)定性機(jī)理，除了熱和聲子相互作用可引起發(fā)光猝滅外，由熱引起的材料吸收率下降是導(dǎo)致發(fā)光材料熱猝滅的另一個(gè)原因。（中國(guó)科學(xué)院）

“復(fù)興號(hào)”高鐵動(dòng)車組批量應(yīng)用鎂合金型材

近日，成都天智輕量化科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“天智公司”）圓滿完成了中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組“復(fù)興號(hào)”列車用鎂合金擠壓側(cè)墻型材和地板導(dǎo)槽型材首批訂單的交付，總長(zhǎng)度近萬延長(zhǎng)米，通過了中國(guó)中車集團(tuán)某公司的各項(xiàng)檢測(cè)，并成功列裝本批次11列“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組。下一批“復(fù)興號(hào)”列車鎂合金輕量化精密型材正在洽談中。與此同時(shí)，公司還完成了型材總長(zhǎng)度超過一萬延長(zhǎng)米、可列裝25列地鐵車輛的鎂合金精密擠壓型材訂單的成功交付。

此次天智公司通過自主研發(fā)，成功打通了材料設(shè)計(jì)、擠壓成型模擬、模具優(yōu)化設(shè)計(jì)、擠壓工藝參數(shù)優(yōu)化、現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)調(diào)控、型材矯形定尺等全技術(shù)流程，成功實(shí)現(xiàn)了大尺寸、薄壁、復(fù)雜截面鎂合金精密擠壓型材的批量供應(yīng)，突破了當(dāng)前鎂合金精密擠壓技術(shù)的瓶頸。這批鎂合金型材在“復(fù)興號(hào)”上的成功安裝，實(shí)現(xiàn)了世界上最高運(yùn)營(yíng)速度的動(dòng)車組的車內(nèi)組件輕量化技術(shù)升級(jí)，達(dá)到了新的減重節(jié)能目標(biāo)。（中國(guó)有色金屬報(bào)）