航空航天工業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)一直使用粉末制成的高性能鋁合金來(lái)制造輕質(zhì)部件，但這些合金對(duì)于汽車工業(yè)來(lái)說(shuō)過(guò)于昂貴。 典型的鋁合金粉末擠壓工藝是能源密集型和工藝密集型的，需要多個(gè)步驟才能進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。 首先，必須將松散的粉末放入罐子中，然后抽真空，這稱為“脫氣”； 然后必須將罐子密封，熱壓，預(yù)熱，放入擠出機(jī)中，擠出后，取出罐子或“清空”，露出由固結(jié)粉末組成的擠出部分。

但在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)消除了許多步驟，并使用剪切輔助加工和擠出（ShAPE），只需一步即可直接從粉末中擠出納米結(jié)構(gòu)鋁棒。 將粉末倒入開(kāi)放容器中，并將旋轉(zhuǎn)的擠壓模具壓入粉末中，在粉末和模具之間的界面處產(chǎn)生熱量。 該材料軟化后易于擠出，不需要裝罐、脫氣、熱壓、預(yù)熱和脫罐。

PNNL 材料科學(xué)家斯科特領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。 他說(shuō)：“這是首次發(fā)表的此類實(shí)例，采用ShAPE等單步工藝將鋁合金粉末固化成納米結(jié)構(gòu)擠壓件。減少鋁管加工步驟和加熱過(guò)程將大大減少生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)減少產(chǎn)品吸收的成本和能源可以幫助汽車制造商生產(chǎn)更便宜、更輕、更省油的乘用車?！?/p>

減少加工步驟和加熱并不是該團(tuán)隊(duì)唯一的成功發(fā)現(xiàn)。 雖然高性能鋁合金歷來(lái)表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度，但它們經(jīng)常受到延展性較差的阻礙。 然而，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，采用ShAPE技術(shù)擠壓的鋁合金顯著提高了鋁管加工延展性，是傳統(tǒng)擠壓產(chǎn)品的兩到三倍，并且具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。

為了了解原因，研究人員使用透射電子顯微鏡觀察粉末和擠壓材料的微觀結(jié)構(gòu)。 結(jié)果表明，ShAPE技術(shù)可以細(xì)化非鋁材料微小的增強(qiáng)顆粒，將其尺寸減小到納米級(jí)別，并均勻分布在鋁基體上，從而提高延展性。