新材料与新工艺

新材料与新工艺

美国研发3D打印高强度合金新方法

美国休斯研究实验室的研究人员研发出一种3D打印高强度铝合金的新方法。采用该方法制造的铝合金不但不会出现周期性裂纹，其强度还可与锻造材料相媲美。

3D打印可以提高设计自由度和制造灵活性，但目前使用的5500多种合金中，绝大多数无法采用3D打印制造，仅有少数几种合金能够可靠地打印出来。这是因为在制造过程中，凝固动力学会导致打印出的材料出现周期性裂纹。研究人员引入纳米粒子来控制3D打印过程中的凝固，较好地解决了这一问题。

研究人员首先选用铝合金进行实验，随后利用计算机软件分析了4500多种不同合金和纳米粒子的组合，最终选定表面氢化处理的锆作为一种合适的纳米粒子材料。在实验中，研究人员在强度较高的7075铝合金和加工性能较好的6061铝合金的雾化粉末中添加表面氢化锆纳米粒子涂层，再使用选择性激光熔化技术，进行3D打印。结果发现，与未添加纳米粒子的7075和6061粉末制造的部件相比，添加了纳米粒子的合金未出现裂纹痕迹，而且强度堪比锻造材料。

中科院多材料3D打印免装配柔性驱动器研究获进展

该方法既突破了传统制造方式的限制，又保持了合金的强度，还可应用于其它合金，进一步充实了3D打印材料“家族”。 (KJ.0922)

日本东北大学的研究人员开发出一种独特的热处理工艺，能够提高铜-铝-锰（CuAlMn）形状记忆合金的弹性等性能。

日本开发新型热处理工艺实现形状记忆合金批量生产

金属通常由大量多晶体组成，但在某些情况下，当金属由单晶形成时，其性能将有所提升，然而，单晶金属的生产成本通常较为昂贵。研究人员利用一种被称为“异常晶粒生长”的现象，研发出了降低单晶合金生产成本的方法。该工艺在加热条件下会导致金属的多个“晶粒”或晶体不规则地生长，通过数个加热和冷却循环工序，可以生产大型单晶棒。研究人员先将合金加热至900℃，再冷却至500℃，循环5次；然后，将合金加热至740℃，再冷却至500℃，循环4次；最后，将合金加热至900℃。若忽略低温加热（740℃）/冷却（500℃）的循环过程，就无法获得单晶合金的效果。目前，研究人员采用该工艺，可以生产长度为70cm、直径为15mm的单晶金属棒。这与目前的形状记忆合金金属棒相比尺寸更大，更适合建筑和土木工程领域应用。

该工艺简单方便，有利于批量生产单晶合金，为形状记忆合金结构材料的制备和应用开辟了新的领域，如建筑物和桥梁的抗震等。

(北信所)

中国科学院兰州化学物理研究所的研究人员利用3D打印技术在计算机辅助设计（CAD）、自由制造加工和器件成型等方面的优势，采用多材料3D打印技术构筑了含有磁性和非磁性部分的分段组合的免装配柔性驱动器，实现了弯曲、变形与货物运送等功能。

研究人员在自主研发的具有磁性的柔性3D打印光敏树脂的基础上，通过改进数字化光处理（DLP）成型的3D打印机，使其能够在垂直方向上将两种或多种光敏树脂进行自由切换，发展了双（多）材料3D打印技术，实现了含有磁性和非磁性部分的驱动器件的免装配一次成型制造。力学测试和扫描电子显微镜（SEM）分析结果表明，磁性和非磁性两种树脂之间具有很好的结合力，并且能够进行有效的磁场驱动。

作为概念验证，研究人员采用该多材料3D打印技术制作了一个能够远程控制的抓取器，并且进行了抓取、传送及释放等功能验证。这种简单通用的多材料3D打印技术将很好地拓展3D打印在远程控制释放与柔性机器人等方面的应用。

(兰化物)

我国石墨烯重防腐涂料研究获两项重大突破

我国在石墨烯重防腐涂料研究方面取得了两项重大突破：一是中国科学院宁波材料技术与工程研究所开发出了拥有自主知识产权的新型石墨烯改性重防腐涂料；二是扬州大学聚合物—无机微纳复合材料工程技术研究中心联合华南农业大学、江苏特威机床制造有限公司、扬州大学镇江高新技术研究院，以及江苏维特金属防腐科技有限公司等有关科研单位及企业，成功研制出了无溶剂石墨烯重防腐涂料。

石墨烯具有优异的阻隔和屏蔽性能，能够显著提高涂层的抗腐蚀介质渗透能力，在重防腐涂料领域具有重要的应用价值。重防腐涂料是减小腐蚀破坏、保障苛刻腐蚀环境下装备和设施可靠性和服役寿命的关键材料，其发展水平是一个国家涂料科技水平的重要标志。

宁波材料技术与工程研究所成功突破了石墨烯改性防腐涂料研发及应用的四大技术瓶颈，研发的石墨烯改性重防腐涂料已经通过了中国腐蚀与防护学会鉴定，盐雾寿命超过6000h，达到国际领先水平，并已由宁波中科银亿新材料有限公司实施了产业化，成功应用于国家电网、石油化工、海洋工程与装备等领域，将改变我国重防腐涂料被国外产品垄断的市场格局，保障我国热带海洋地区重大工程装备及“一带一路”基础设施建设，服务国家安全和海洋经济发展战略。

扬州大学等单位的研究人员采用爆炸法制备石墨烯微片，采用原位表面修饰技术制备石墨烯微片粉末，并与环氧树脂、聚氨酯，以及丙烯酸酯树脂等树脂体系复合，制备出了无溶剂石墨烯重防腐涂料。目前，该产品已成功投产并实现了工程示范应用。

(刊 综)

2017年7月，美国国家航空航天局（NASA）与轨道ATK公司合作承担的“机器人装配与服务商业基础设施”（CIRAS）项目在兰利研究中心完成了部分技术——“夹具加工与装配机器人”（NINJAR）2.0的地面演示验证，标志着其大型结构在轨装配技术研究取得了重要进展。

NASA大型结构在轨装配技术研究获进展

此次试验验证了NINJAR 2.0对支架进行定位并将支架与接头一起装配成方形桁架的能力，以使机器人能够在轨用电子束焊机精准地固定接头。下一步，该项目还将开发NINJAR 3.0，将桁架装配、制造、实用工具和机器人辅助技术集成到装配过程中，并开发状态评估系统，使桁架定位和角度测量可视化。

CIRAS类似于一个便携式车间，其桁架制造功能研发成功后将再增加太阳能电池阵列安装等功能，最终将采用NASA原来用于抓捕小行星的“钢筋驱动轻型在轨机械臂”（TALISMAN）。全功能CIRAS机器人制造系统将于2018年进行地面演示验证。

(贾 平)

新型超轻晶体铝有望用于航空航天和汽车制造领域

美国犹他州立大学（USU）和俄罗斯南联邦大学的研究人员利用计算机模型设计出了比水还轻的超轻晶体铝。这一重大突破性成果有望用于航空、航天和汽车等领域制造超轻部件。

传统晶体铝密度为2.7g/cm3，大于水的密度（1g/cm3），用其制成的勺子放在充满水的水槽中会沉到水底。而在新研究中，研究人员从分子水平上对铝金属进行了全新设计，通过计算机模拟获得了比水更轻的超轻晶体铝。研究人员以钻石结构为基础，将其中的碳原子用铝原子取代，得到了类似钻石的四面体结构晶体铝。计算结果表明，该新型超轻晶体铝结构非常稳定，其密度仅为0.61g/cm3，能够漂浮在水面上。

铝具有非磁性、耐腐蚀、含量丰富、价格低廉和易于生产等优点，该新型超轻铝结构未来可广泛应用于研制更轻的航天器、飞机和汽车部件等。该项研究也为新材料的设计提供了新的思路。

(W.KJ)