金属与粉末冶金

使用贝塞尔光束提升金属3D打印技术

为了解决金属3D打印中的孔隙和缺陷问题，美国劳伦斯—利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员试验了被称为贝塞尔光束的奇特光学光束形状。他们发现这种光束具有自我修正和非衍射性，并减少了孔隙形成和“键合”的出现，而高斯光束的使用加剧了孔隙的诱发现象。

基于激光的3D打印技术极大扩展了设计的复杂性，但传统用于金属打印的激光束可能导致产品缺陷和机械性能不佳。为解决这一问题，LLNL研究人员探索在高功率激光打印中将常用的高斯光束替换成别的光束。研究人员表示，利用贝塞尔光束可将能量配置在远离中心的位置，即可主动设计热曲线并减少热梯度，以优化微观结构的形成，从而获得更精细的器件和更光滑的表面。贝塞尔光束大幅扩展了激光扫描的参数空间，实现了理想的熔池形状：既不会太浅，也不会出现键合现象。贝塞尔光束由于其非衍射特性，可提供更大的聚焦深度。（科技部）

科研人员研发镁合金抗腐蚀新工艺

俄罗斯国家科学院西伯利亚分院强电研究所、托木斯克科学中心科研人员与米兰理工大学合作，利用电子束对镁合金表面进行处理，能将镁合金耐腐蚀性提升数倍。

据科研人员介绍，镁合金在航天和交通工业等领域应用广泛。但其耐磨损和耐腐蚀性较差。例如使用比较广泛的镁铝合金，含有90%的镁、6%～8%的铝和其他金属元素。合金的结构呈异质状，表面可检测到金属间相，容易受到外部腐蚀影响。科研人员采用不同辐照模式对不同等级的镁合金进行电子束加工，在电子束照射下，合金表面最表层开始融化，金属间相发生溶解，合金表面产生铝富集模式，其强度和耐腐蚀性显著提高。经过反复实验研究，科研人员总结出电子束辐照最佳模式。（科技部）

科研人员发现水中提取锂的新方法

来自德克萨斯大学奥斯汀分校和加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的研究小组设计了一种膜，用于将锂与其他离子（如钠）精确分离，从而提高锂元素的收集效率，研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

这一发现的核心是研究人员使用冠醚制造的新型聚合物膜，冠醚是具有特定化学功能的配体，可结合某些离子。冠醚之前并未作为水处理膜的组成部分进行应用或研究，但它是可针对水中的特定分子——锂提取的关键成分。

在大多数聚合物中，钠通过膜的速度比锂快。但在新材料中，锂比钠移动得更快，钠是含锂盐水中的常见污染物。通过计算机建模，该团队发现钠离子与冠醚结合减慢了其速度，而锂离子并未结合，从而使锂离子能够更快地通过聚合物。这些发现代表了膜科学的一个新前沿，需要在聚合物合成、膜表征和建模模拟等领域进行全面合作。（科技部）

我国科学家发现材料非晶形成能力的新判据

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心柳延辉、汪卫华研究团队在前期研究基础上，实现了非晶合金新材料的高通量、流程化研发模式。

研究团队及其合作者分析了5700余种合金的X射线衍射（XRD）图谱及其与非晶形成能力之间的关系，发现合金的非晶形成能力与XRD第一峰的峰宽（Δq）有明显关联。利用Δq-GFA判据，研究团队在锆-铜-铬和铱-钴-铊合金体系中发现了非晶合金新材料，验证了这一判据的正确性。在此基础上，研究团队进一步探索了Δq-GFA判据的理论机制，发现宽Δq所反映的合金结构整体无序度与几种特定团簇的出现情况有关，团簇构型种类越多，越有利于在非晶结构中实现接近晶体的密堆度。由于每种团簇的原子间距不同，其结果即是Δq所反映的不同。

上述研究成果改变了传统认为的单一特定团簇出现越多，非晶形成能力越强的研究结论，为认识非晶合金形成机理给出了新的方向。Δq-GFA判据的提出也为探索非晶合金新材料提供了便捷、实用、高效的新判据，可大幅提高研发非晶合金新材料的效率，与传统的“试错法”相比，效率提高200多倍。（科技部高技术中心）

二维负载型金属纳米复合材料研究取得进展

中国科学院国家纳米科学中心研究人員通过合理设计合成体系，控制还原动力学，提出一种改进的晶种生长法，一锅制得铂铑（PtRh）纳米颗粒包覆的梯形铑（Rh）纳米片。利用该方法形成的PtRh/Rh纳米复合结构对氧分子有高效的活化能力，表现出协同增强的类似氧化物酶催化活性。研究结果为制备新型Pt基纳米复合材料提供了简便有效的途径。

目前，各种构建负载型金属纳米结构的方法几乎都需要加入表面活性剂用以稳定特定片层结构，以及增强金属与载体之间的相接触等。然而，表面活性剂分子可能会遮蔽活性位点，降低催化活性。此外，制备过程往往需要高温高压条件，给操作带来安全隐患。近日，该团队研究人员在一锅法制备二维负载型金属纳米复合材料研究方面取得了新进展，发展出一种晶种生长-Galvanic置换反应-自组装方法，构建出钯（Pd）片内嵌金（Au）纳米颗粒的新型结构，其具有类似“蛋仔/华夫饼”的形貌特征。

制备过程无需表面活性剂，在室温下将金属前驱体溶于溶剂后，鼓泡通入一氧化碳气体即可有效启动合成。机理研究发现，体系首先形成Pd0原子/团簇为晶种，随后Pd0与Au3+的置换反应自发形成Au颗粒，Pd前驱体在Au颗粒周围发生还原并沿Pd（111）面组装成Pd片，最终形成Pd片内嵌Au颗粒的结构。通过改变前驱体摩尔比，即可精确调控金属组成。

在上述二维钯金纳米复合材料制备的基础上，国家纳米中心研究员杨蓉、副研究员蔡双飞和武汉大学教授何军及威斯康辛州麦迪逊分校教授Randall Goldsmith合作，对其应用开展了进一步研究。研究发现，这种内嵌式的二维独特多金属纳米复合结构、干净的表面与Au颗粒的表面等离激元共振效应，使其具有较好的光增强的类酶催化活性，并在等离激元增强的电催化析氢反应和氧还原反应中表现出超高的活性和稳定性。电磁学数值模拟分析结果表明，在这类结构中，光场激发的特殊表面等离子激元模式更有助于热电子在Pd片表面产生和富集，并且2种等离子激元能量转移途径在降低反应表观活化能，进而提高电催化性能中扮演重要角色。该工作为等离子激元增强的催化剂设计和应用提供了思路。（中国科学院国家纳米科学中心）

兰州化物所高熵合金基高温太阳能光谱选择性吸收涂层研究获进展

高熵合金通常被定义为含有5个以上主元素的固溶体，并且每个元素的摩尔比为5%～35%，具有优异的力学、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能，在较多领域展现出发展潜力。中国科学院兰州化学物理研究所环境材料与生态化学研究发展中心副研究员高祥虎、研究员刘刚带领的科研团队，通过组分调控、构型熵优化和结构设计，制备出系列高熵合金基高温太阳能光谱选择性吸收涂层。

前期，研究人员设计出1种由红外反射层铝、高熵合金氮化物、高熵合金氮氧化物和二氧化硅（SiO2）组成的彩色太阳能光谱选择性吸收涂层，其吸收率可达93.5%，发射率低于10%。研究人员发现，单层高熵合金氮化物陶瓷具有良好的本征吸收特性，因此制备出结构简单的涂层。以高熵合金氮化物作为吸收层，SiO2或氮化硅（Si3N4）作为减反射层得到的涂层吸收率可达92.8%，发射率低于7%，并可在650℃的真空条件下稳定300h。

近期，为进一步提升涂层吸收能力，研究人员选用不锈钢作为基底，低氮含量高熵合金薄膜作为主吸收层，高氮含量高熵合金薄膜作为消光干涉层，SiO2、Si3N4、氧化铝作为减反射层，形成了从基底到表面光学常数逐渐递减的结构。研究通过光学设计软件（CODE）进行优化，利用反应磁控溅射的方法制备，提高了制备效率。涂层吸收率可达96%，热发射率被抑制到低于10%。研究人员通过时域有限差分法（FDTD）研究了涂层光吸收机制。长期热稳定性研究表明，高熵合金氮化物吸收涂层在600℃真空条件下，退火168h后仍保持良好的光学性能；计算涂层在不同工作温度和聚光比的光热转化效率发现，当工作温度为550℃、聚光比为100时，涂层的光热转化效率可达90.1%。（中国科学院）

太原理工研发出航空航天领域新材料填补国内技术空白

金属铝和金属镁在装备制造业应用广泛，但是镁铝“结合”在一起，制成性能更优的复合板，却少有应用。太原理工大学在镁铝复合板轧制技术中取得重大突破，实现了镁铝完美“结合”。这意味着，这种新材料的出现，有望在我国航空航天领域，以及装备制造轻量化方面发挥其应用价值。

在实验室，研究人员将一块镁铝复合板拿在手中，非常轻，表面是金属铝材质，泛着洁白的银色光泽，内部是金属镁。该校先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心副主任王涛介绍：“镁铝复合板具有轻质、耐腐蚀、强度高的特点，在汽车零部件、3C电子、轨道交通等领域具有广泛的应用前景。”

而其更广泛的应用，则将体现在航空航天领域的关键零件上。据了解，卫星在太空运行时，对其表面耐太空腐蚀具有较高的要求，目前，涂层技术是主要的防腐蚀手段，然而卫星在轨运行时，依然可能出现涂层力学性能及物理性能发生改变的情况，从而影响航天器的可靠性。镀层技术也是防腐蚀手段，但是造价昂贵。

镁铝复合板的出现，恰好可以解决这2个难题，它的成本更低，效率更高，且表层的铝比涂层或镀层的性能更加稳定。

目前，太原理工大学镁铝复合板轧制技术填补了国内空白，已经获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、山西省科技重大专项、航天科技集团FAST基金等多项支持，并在相关技术领域取得了核心专利，中国航空科技集团也已向该新技术伸出了橄榄枝。（太原日报）

北方稀土等合资建设年产5000t稀土永磁产业化项目

日前，中国北方稀土（集团）高科技股份有限公司（以下简称“北方稀土”）发布公告称，北方稀土拟与安泰科技股份有限公司（以下简称“安泰科技”）及公司控股子公司内蒙古包钢稀土磁性材料有限责任公司（以下簡称“包钢磁材”）合资组建稀土永磁业务新公司，以新公司为主体利用包钢磁材现有土地、厂房和设施建设年产5000t稀土永磁产业化项目。其中，公司以自有资金出资16 600万元，持股比例41.50%；包钢磁材以经审计评估后的磁体相关净资产作价出资3 000万元，持股比例7.50%；安泰科技以自有资金出资20 400万元，持股比例51%。

“年产5 000t稀土永磁产业化建设项目”建设主体为安泰北方稀土永磁科技有限公司，项目总投资49 000万元，其中，建设投资40 227万元，铺底流动资金8 773万元，其余9 000万元由新公司通过银行信贷方式筹集。项目达产后，可具备5 000t/a稀土永磁体产能，高性能产品占比85%。（中国电子元件行业协会）

攀钢高硼不锈钢中试级别研制取得进展

鞍钢集团攀钢研究院有限公司研究人员在实验室成功制备热中子吸收屏蔽核电功能材料的中试样件4件，验证了熔炼、热加工工艺的可靠性，为下一步工业试制奠定了良好基础。

安全高效发展核电是能源变革的选择之一，高硼不锈钢具有优异的热中子吸收/屏蔽性能，其在核反应控制棒、反应堆屏蔽体、乏燃料贮存格架、乏燃料运输容器、乏燃料后处理等领域具有非常重要的应用，是我国核电领域急需的一种关键功能材料。硼含量越高，材料的热中子吸收性能越好。高硼不锈钢的凝固组织中存在大量粗大的硬脆共晶硼化物，导致热塑性非常差，而且在热加工过程中易产生严重的表面龟裂、边部开裂甚至碎裂，工艺窗口特别狭窄，制造难度非常大，导致该关键材料长期严重依赖进口，存在被“卡脖子”风险。

为解决核电乏燃料贮存用热中子吸收屏蔽关键材料——高硼不锈钢管材的进口替代问题，攀钢研究院与东北大学联合开展了新合金体系高硼不锈钢中试级别研制，解决了高硼不锈钢热加工开裂的关键技术问题，打通熔炼和热成型工艺，成功制备出高硼不锈钢锻件。（中国冶金报）