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强度突破900兆帕！这项新的铝合金研究成果为“以铝代钢”开辟广阔空间

近日，美国普渡大学材料工程师团队近期开发出一种创新工艺，成功制造出适合增材制造（3D打印）的超高强度铝合金。该工艺利用纳米级、层状的可变形金属间化合物，将钴、铁、镍和钛等过渡金属引入铝中，从而开发出一种兼具高强度和良好塑性变形能力的新型铝合金。

轻质高强度铝合金广泛应用于各个行业，但大多数市售的高强度铝合金由于易受热裂影响，不适合用于增材制造。传统上，通过引入粒子来阻碍位错运动，从而提高铝合金的强度，但这些方法所能达到的最高强度仅在300至500兆帕之间，远低于钢的600至1 000兆帕。此外，在实现高强度与良好塑性变形能力方面，传统铝合金的成功有限。

研究人员通过将钴、铁、镍和钛等过渡金属形成纳米级金属间化合物薄片，并聚集成细小的玫瑰花结，大大抑制了金属间化合物的脆性。此外，异质微结构包含坚硬的纳米级金属间化合物和粗晶粒铝基体，这会产生显著的背应力，从而提高金属材料的加工硬化能力。使用激光进行增材制造可以实现快速熔化和淬火，从而引入纳米级金属间化合物及其纳米层。研究团队对所开发的铝合金进行了多项测试，包括宏观压缩试验、微柱压缩试验和后变形分析。测试结果显示，该铝合金在宏观测试中表现出显著的塑性变形能力和高强度，强度超过900兆帕。

普渡大学团队的这一创新工艺，成功地将多种过渡金属引入铝合金，显著提高了材料的强度和塑性变形能力。这一突破将为各个行业应用高强度铝合金开辟了广阔的前景，尤其是在从航空航天到汽车制造等行业都将有实际应用。

摘自《铝精深加工》微信公众号

体积更小能量更足均质化正极材料让锂电池化身“劲量小子”

8月2日获悉，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊团队开发出一种均质化正极材料——锂钛锗磷硫硒。这种全新的电极材料兼具电导率高、放电比容量高、使用寿命长等优势，可显著提升电池性能，为新能源汽车、储能电网、深海、深空等装备提供安全、耐久、可靠的动力源。相关研究成果近日发表于国际学术期刊《自然·能源》。

崔光磊介绍，新材料的离子电导率、电子电导率比传统电池材料（层状氧化物正极材料）高出1 000倍以上。这意味着即便不依赖导电助剂，电池正极也能顺畅地完成充放电过程。该材料的放电比容量达到每克250毫安时，超过了目前使用的高镍正极材料。在相同的重量或体积下，使用新材料的电池相较于传统电池能够存储更多的电能，在单次充电的情况下可持续运行更长时间。并且，使用这种材料后可使电池体积显著减小，有助于设计更紧凑的致密储能设备。

值得一提的是，在充放电过程中，新材料的体积变化仅为1.2%，远低于传统正极材料。较小的体积变化有助于维持电池结构的稳定性，从而延长电池使用寿命。研究团队发现，使用这种新材料的全固态锂电池，能量密度达到每千克390瓦时，是目前市场上最先进锂离子电池的1.3倍。

“使用该材料的全固态锂电池可以实现大于10 000圈的超长循环，电池在经过5 000次充放电循环后，仍可保持80%的初始容量，使用寿命更长，能够提供更充足的电量。”崔光磊说，新材料对开发高能量密度、长使用寿命的储能设备具有重要意义，为全固态锂电池的商业化应用奠定了基础。

摘自《科学日报》