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俄羅斯採用冷噴塗法增加3D打印零件的硬度

俄羅斯採用冷噴塗法增加3D打印零件的硬度

俄羅斯衛星通訊社

俄羅斯國家研究型技術大學NUST MISIS的科學家成功增加了輕質鋁合金的強度和可靠性。研究人員表示，添加碳納米纖維的鋁復合材料樣品的硬度增加了20%，材料結構在微觀層面上發生了極大變化。 2022年6月27日, 俄羅斯衛星通訊社

2022-06-27T08:00+0800

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專家稱，鋁及其合金是現代工業和技術的關鍵材料之一。如果沒有這種價格合理、輕質且用途廣泛的金屬，運輸、建築、電子或航空航天工業就無法想象。研究結果發表在《納米材料》雜誌（Nanomaterials）上。然而，科學家指出，需進一步提高鋁合金的機械性能，以提高零件的比強度（重量強度比）。他們說，使材料的機械特性和功能特性符合現代先進技術的要求，是當今的一項緊迫任務。以鑄造和3D打印的鋁樣品為基礎，通過採用冷噴塗法(cold-spray method)提高復合塗層的表面性能。他解釋說，Al-Al2O3-UNV復合塗層的基礎是用於獲取鋁的工業原材料（氧化鋁或鋁的氧化物）的粉末狀混合物，並添加了30%的純金屬顆粒。他說，在合成過程中，鋁顆粒在遇到較硬的氧化物時會被壓碎，從而填充其結構中的空隙。這種硬質和塑料顆粒的組合物為鋁零件表面上的塗層提供了牢固的粘合（bonding）。另一方面，學者們解釋說，納米級碳纖維滲透進金屬粉末顆粒之間的空間中，進一步增加微觀層面的密度，極大減少裂縫和空隙的數量，提高塗層的硬度和強度。僅添加1.5%的碳納米纖維就會導致塗層硬度增加20%。他們說，第三個活躍因素是碳的高摩擦性能——這也有助於在粒子碰撞過程中依靠“潤滑”形成致密、無缺陷的塗層結構。此外，依靠“自潤滑”（原位潤滑），向塗層中添加碳會從潛在上改善摩擦性能和耐磨性。學者們強調，除了以上所列舉的因素外，正確選擇的合成方法也很重要。“在通過其它方法合成塗層時會產生相變問題，這對於熔點低的鋁來說尤其重要。沈積表面上的金屬顆粒熔化並再次硬化——也就是說，物質的結構受到干擾，在材料內部出現額外應力。因此，我們按照冷沈積方法開展工作，並清楚地展示了這種解決方案的優勢”，佩列文補充道。學者們相信，這項研究不僅對改善特定鋁合金的性能來說，而且對用於各種用途的許多部件來說，都具有極大的實際意義。特別注意的是3D打印後材料的處理，因為這是最迫切和要求最高的科學任務。科研團隊的近期計劃是獲得具有能源、生物醫學和其它運用領域所要求的微觀結構的復合材料。

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