近日，美国太平洋西北国家实验室的研究人员验证了一种先进的制造工艺，可以直接从高性能铝合金粉末生产纳米结构棒、管。采用新型固相处理方法，该研究团队缩减了铝合金粉末传统挤压加工过程中的几个步骤，同时显著提高了产品的延展性。

       长期以来，航空航天领域一直利用由粉末制成的高性能铝合金，制造轻量级部件，然而这些合金对于汽车工业来说太昂贵。典型的铝合金粉末挤出工艺是高耗能和工艺密集型，需要多个步骤来批量生产。首先，必须把松散的粉末装进罐里，然后真空抽气，这叫做“脱气”；接着密封罐体、热压、预加热、放入挤压机，挤出后，移除罐体或“倒空”，露出由固结粉末构成的挤出部分。

       但是在这项研究中，研究小组去除很多步骤，使用剪切辅助加工和挤压技术（简称ShAPE），只需一步，便可直接从粉末中挤出纳米结构铝棒。将粉末倒入开放容器中，然后将旋转的挤压模具压入粉末中，在粉末与模具的交界面产生热量。该材料软化后易于挤出，不需要罐装、脱气、热压、预热和除罐。

       PNNL材料科学家Scott Whalen领导这项研究。他说：“这是首次公开发表的此类实例，使用ShAPE之类单步工艺，将铝合金粉末固化成纳米结构挤压件。减少加工步骤和加热过程，将大大减少生产时间，同时降低成本和产品内部吸收的能量，可以帮助汽车制造商，生产更便宜、更轻、更省油的乘用车。”

       缩减加工步骤和加热并不是该团队唯一成功的发现。虽然高性能铝合金历史上表现出优异的强度，但它们通常受到延展性差的阻碍。然而，研究小组发现，采用ShAPE技术挤出的铝合金，延展性明显得到改善，是常规挤压产品的二至三倍，而且强度相当。

       为了解其中原因，研究人员采用透射电子显微镜，观察粉末和挤出材料的微观结构。结果表明，ShAPE技术能够细化非铝材料的微小强化颗粒，使其尺寸缩减至纳米级，并均匀分布在铝基体上，从而提高延展性。

       目前，PNNL和SCM金属制品公司正在与美国能源部的技术转型办公室合作开发项目，以扩大加工规模，实现更大直径挤压。