铝合金“外衣”轻量化成高端制造领域新方向

2017年12月17日，国产大型客机C919-10102在上海浦东机场第四跑道上首次飞上蓝天。 档案照片

近日，烯烃铝合金锭在上海烯烃金属基复合材料工程中心生产线上成功下线，标志着这一新型高端复合材料中试取得成功。 解决了传统铝合金刚度弱的问题，将助力我国航空、高铁、汽车等高端制造领域进入轻量化时代。

符合绿色低碳理念，轻量化成为高端制造领域新的发展方向。 铝合金由于其密度低、比强度高、易于加工成型等优点，其应用范围越来越广。 飞机、高铁列车都已穿上铝合金“外衣”。 例如，国产大飞机C919就采用铝锂合金来减轻自身重量。 铝锂合金占车身结构的7.4%。 铝合金“外衣”虽然轻，但由于材质太软，很容易变形。 一旦车辆加速，其变形就会超过安全极限。 业界添加各种材料来补充其强度，制造铝锂合金、铝陶瓷合金等，普遍乐观地在铝合金中引入碳纳米管、石墨烯等新的增强相。

上海交通大学材料科学与工程学院教授张迪告诉记者，碳纳米管和石墨烯具有优异的力学性能。 它们的密度只有钢的1/6，但强度却是钢的一百倍，刚度接近自然界最硬的金刚石。 。 只需少量的碳纳米管和石墨烯均匀分散到铝合金基体中，就可以部分替代昂贵的合金元素，大大提高其强度、刚度等力学性能。

早在1997年，日本科学家就开始了碳纳米管增强铝基复合材料的研究，但近十年来进展缓慢。 张迪解释说，碳纳米管的直径不到人发丝的1‰，石墨烯的厚度不到人发丝的0.1‰。 要将它们一一分散在铝合金中而不被损坏，确实很难。 困难。 为了克服这个困难，张迪向大自然寻求灵感。 他借鉴贝壳“珍珠母”的层状结构，开发出一种名为“微纳层状粉末冶金”的独创仿生复合技术：首先将铝制成微纳片状粉末，与碳纳米管均匀复合，石墨烯在微观尺度上形成“砖”，然后通过工艺控制，形成像墙一样的“砖砌”的碳铝基复合材料层状结构。

为走新技术转化之路，上海交通大学与上海石墨烯产业技术功能平台组建了上海石墨烯碳金属基复合材料工程中心，并启动产品中试。 为了容纳该项目的核心设备——成型机，石墨烯平台为该项目提供了一座600平方米、高度11米的厂房，并对地基和线路进行了改造。 他们还从世界上各种石墨烯粉末中选择了最适合添加到铝合金中的石墨烯粉末。 截至目前，工程中心已形成年产20吨的中试生产线，可制备单重0.5吨的铸锭，并开发了中强、高强、超强系列产品。 -高强度高模量乙烯碳铝合金。

据悉，烯烃铝合金从技术准备到生产设备均拥有完全自主知识产权。 通过替换现有铝合金部件，预计可减轻10%至30%的重量，综合性能水平全球领先。 目前，上海乙烯碳金属基复合材料工程中心已联合中航工业、中航科技、中车等单位开展烯烃铝合金在飞机、航天航母结构、“标准动车组”列车、新型动车组等方面的应用。能源汽车和其他设备。 应用程序验证开启。