中德首次制備出人工反鐵磁體
日前,中德科學家攜手在氧化物自旋電子學領域取得重要突破,首次制備出基于全氧化物外延體系的人工反鐵磁體,并觀察到隨外加磁場的分步磁化翻轉模式。該成果被刊登在近期《科學》雜志上。
人工反鐵磁體不僅是多種新型自旋電子學器件(如磁隨機存儲器等)的重要組成部分,也是研究反鐵磁材料基礎問題的重要載體。20世紀80年代末,人工反鐵磁體中巨磁阻效應的發(fā)現(xiàn),促成了自旋電子學的誕生,同時也正是因為其在商業(yè)磁存儲等領域的成功應用,使得當今云存儲和云計算等新興產業(yè)成為可能。長期以來,針對人工反鐵磁體材料、物理和器件的研究,多集中于過渡金屬及其合金材料,但成功制備全氧化物人工反鐵磁體卻鮮有報道。
最新研究主要由中國科技大學合肥微尺度物質科學國家實驗室吳文彬教授課題組完成,他們在制備的反鐵磁體中發(fā)現(xiàn)了清晰的反鐵磁層間交換耦合效應,首次觀察到從表層和內部各磁性層分步磁化翻轉模式,給出了耦合強度隨各層厚度及溫度的變化規(guī)律,以及可能的耦合機制。德國尤利希研究中心研究員蘇夷希利用慕尼黑的高通量中子反應堆和相關的高靈敏度中子譜儀測試,證實了這個全氧化物外延體系的人工反鐵磁體存在的反鐵磁耦合態(tài)。
該工作對氧化物自旋電子學的發(fā)展將起到重要的推動作用,同時也為深入探索功能氧化物界面提供了新的平臺和思路?!犊茖W》雜志評價這項研究成果稱,這是一項非常高水準的實驗工作,其研究在樣品質量和表征上堪稱絕技,結果非常有趣,且潛在地開辟了其他氧化物多層膜的新研究方向。(科技日報)
日本研發(fā)高強度鎂合金件 未來或將用于車身件
據(jù)外媒報道,日本國立物質材料研究所(National Institute for Materials Science,NIMS)的研究團隊與國立長岡技術科學大學共同研發(fā)了新款高強度鎂合金板(Mg-1.1Al-0.3Ca-0.2Mn-0.3Zn)。
相較于某些車企當前車身鈑金件所采用的鋁金屬薄板(aluminum sheet metal),其常溫下的成型性能相當出色。經熱處理后,該款鎂合金的強度比鋁合金高,其僅用到常見的金屬材料,未來或將成為一款低成本的輕量化車用薄板。
很久以前,輕量化的鎂合金就已引起汽車行業(yè)的關注,眾多車企希望將該材料應用到各類汽車應用中。然而,由于鎂合金在室溫下強度低、成型性能差,阻礙了鎂板狀合金的應用推廣。通常,延展成型能力(stretch formability)與屈服強度(yield strength)呈現(xiàn)逆向相關性。為此,很難同時確保高強度及高成型性能。
但最近的研究表明,稀釋Mg-Al-Ca-Mn(AXM)系統(tǒng)的配比后,或將制成工業(yè)級鍛造合金(wrought alloys),使其擁有非凡的高速擠出性(high-speed extrudability),其時效硬化感受性(age-hardening response)也極快。若能將其應用到板狀合金,預計將對汽車行業(yè)產生巨大的影響。
因此,該團隊曾多次嘗試通過AMX系統(tǒng)研發(fā)板狀合金(sheet alloys)。在加工Mg-1.1Al-0.3Ca-0.2Mn%(原子百分比)合金期間,其發(fā)現(xiàn)只需將少量的鋅0.3%(原子百分比)添加到Mg-1.1Al-0.3Ca-0.2Mn合金后,將大幅提升其延展成型性能。此外,經過短時老化(subsequent short time aging)將導致含鋅合金強度呈現(xiàn)大幅提升。
新研發(fā)的合金被取名為AXMZ1000,該款合金在常溫下的成型性能可媲美中等強度的鋁合金,后者多被用于制造汽車車身件。此外,該合金的強度比鋁合金高1.5~2倍。
向該款合金加入少許鋅及鎂金屬后,將形成細粒結構;加入鋁和鈣后,將實現(xiàn)高強度,這得益于原子團簇的生成,進而提升了合金的強度。
新研發(fā)的合金均由普通金屬制成,其材料成本并不昂貴。該合金的制作及熱處理工藝簡單,可將該合金加工為金屬薄板,所用工藝也常見于鋁合金制造中。(中國有色網)
俄羅斯科學家研制出生產碳化鉿的新技術
俄羅斯科學院西伯利亞分院布德克爾核物理研究所與固體化學和力學化學研究所的研究人員聯(lián)合研制出了制造碳化鉿的新技術。這種新的制造技術高效、廉價,生產出的碳化鉿質量高。
科學家首先把鉿和碳放在球磨機中旋轉,研磨成粉末,進行同步輻射的X射線衍射,然后通過電子束焊接方法進行定向電子束加熱,溫度至3 953℃時粉末開始熔化,整個熔化過程僅耗時2min,而使用傳統(tǒng)技術生產碳化鉿則需要十幾個小時,生產出的碳化鉿還有空隙。研究人員指出,使用這種新技術還可以生產鉭、鎢、鉬等高熔點基金屬的化合物。
碳化鉿具有高彈性系數(shù)、良好的電熱傳導性、較小的熱膨脹系數(shù)以及很好的耐沖擊性能,適用于制造火箭噴嘴和機翼前沿等重要部件,主要應用于航天航空、工業(yè)陶瓷等領域,在噴管、耐高溫內襯、電弧或電解用電極方面也有重要應用。(科技部)
韓國材料研究所成功開發(fā)新型鋁粉末表面處理技術
據(jù)報道,近日,韓國材料研究所旗下的粉末/陶瓷研究總部金京泰(音譯)博士研究團隊在韓國成功開發(fā)出極細微鋁粉末表面處理技術,與現(xiàn)有的鋁粉末材料相比,與氧的反應活性提高了2倍以上,而且可以確保操作的穩(wěn)定性。
這項技術除去了鋁粉末表面致密存在的氧化膜,涂覆上熱力學穩(wěn)定的含氟有機物,與自然形成的氧化膜相比,有機涂層在較低的溫度下受熱也可輕易除去,作為固體燃料,在產生高能量的條件下,鋁粉末可以具備較高的氧化反應性,另外,有機涂層可以使得鋁粉末避免直接與外部氧氣接觸,與鋁相比,在常溫常壓環(huán)境下更易安全儲存。
純鋁與氧結合時,與其他材料相比,氧化反應速度塊,產生的熱量也很高。美國、俄羅斯等國家借助鋁粉末劇烈的氧化反應,將其作為火箭推進劑、火藥、焊接材料,廣泛用于航空、民用及國防軍工行業(yè)。只有當表面致密堅固的氧化膜完全除去,鋁粉末優(yōu)秀的氧化反應性和電導性等性能才能完全發(fā)揮出來,而這至少需要1 000℃的熱量。而且,在除去氧化膜的過程中,純鋁直接暴露于大氣中,也極可能發(fā)生爆炸,這些都是另鋁粉末研究人員頭疼的問題。
為了解決這些問題,材料研究所研究團隊試圖輕易除去表面形成的氧化膜,采用了含氟有機物,可以提高鋁粉末本身的穩(wěn)定性和反應性。涂覆后的鋁粉末在250℃以下的溫度可以脫去有機物涂層,與含有氧化膜的、相同尺寸的鋁粉末相比,反應速度至少可以提高2倍以上,值得一提的是,利用現(xiàn)有涂裝工藝技術,易于構建相關設備,實現(xiàn)批量生產。
今后這項技術有助于提高鋁粉末的氧化反應性,可作為人工衛(wèi)星發(fā)射火箭的固體燃料材料,釬焊的原材料。結合有機物粘接和混合技術,可用作包括光伏電池在內的各種電子元件和高電導性金屬焊劑材料,這有望提升鋁粉末的附加值,取代進口粉末材料。
研究團隊負責人金京泰表示,如果這項技術實現(xiàn)商業(yè)化應用,鋁粉末在國防及電子零配件領域都可創(chuàng)造極大的價值,將為韓國材料和技術發(fā)展發(fā)揮巨大的作用。(中國有色網)
日本著手開發(fā)下一代航空發(fā)動機
據(jù)報道,日本宇宙航空研究開發(fā)機構(JAXA)將從2018年度開始,同企業(yè)、大學合作開發(fā)下一代航空發(fā)動機。研發(fā)的重點為:減少氮化物排放,提高燃燒效率,并進行技術驗證。
文部科學省把這一計劃列入了2018年的研究開發(fā)概算之中。從2018-2022的5年中,政府每年將投入10億日元(約合6 300萬元)左右經費。JAXA將根據(jù)產品化要求及技術實證及關鍵技術的評價、計測、分析等實際需要,同相關發(fā)動制造商、大學等加強合作。
JAXA計劃在對稀薄燃燒器進行改良后,于2019年開始在日本國產技術實證用發(fā)動機(F7發(fā)動機)上進行有關氮化物及二氧化碳減排效果的實驗室試驗。在2023年后,正式把新技術應用于F7發(fā)動機,進行實證試驗。
JAXA已經成功開發(fā)了氮化物排放量比ICAO基準低75%的燃燒器,今后的目標是解決實用化過程中的相關技術問題。在高溫高效窩輪的研究開發(fā)方面,JAXA已經開發(fā)了能夠承受1 600℃的小型發(fā)動機窩輪葉片。在新項目中,將圍繞如何在加大窩輪輸出功率的同時,提高其工作效率,進行設計、開發(fā)、性能驗證,以及將耐熱復合材料應用于窩輪的技術開發(fā)。
據(jù)預測,下一代航空發(fā)動機將在2025年后實現(xiàn)量產,2030年后用于實際飛行。日本希望在國際聯(lián)合開發(fā)中爭取部件開發(fā)份額,目前正圍繞開發(fā)國際競爭力的航空發(fā)動機不斷加大投入力度。(科技部)
東北輕合金成功申報某型號艦船用鋁合金及配套材料國產化研制項目
近日,東北輕合金聯(lián)合西南鋁、北京艾路浦科技發(fā)展有限公司、北京工業(yè)大學3家單位成功申報某型號艦船用鋁合金及配套材料國產化研制項目。
據(jù)了解,一直以來,某型號艦船用鋁合金及配套材料全部依靠進口,供貨周期及供貨量無法保障型號建造需求。在此背景下,需求單位提出某型號艦船用鋁合金材料國產化,并在國防科工局的組織下開展項目立項工作。
參與本次競爭的共有4家申報研制團隊。東輕公司及其團隊一方面憑借多年來在軍品配套領域的工作經驗和良好形象,另一方面前期已深入了解該型號的需求背景,并開展了相關基礎研究與工程化試制工作,因此在本次項目申請的競爭中勝出。(東北輕合金)
包頭稀土高新區(qū)26家規(guī)模以上稀土企業(yè)上半年總產值58.89億元
據(jù)報道,今年1-6月,包頭稀土高新區(qū)26家規(guī)模以上稀土企業(yè)累計實現(xiàn)工業(yè)總產值58.89億元,同比增長33.68%。從產業(yè)類型來看,原材料企業(yè)、新材料企業(yè)、終端應用產品企業(yè)分別完成產值35.9億元、21.97億元、1.02億元同比增長29.64%、39.73%、60.1%,增長幅度同上月持平,分別占總產值的60.9%、37.3%、1.7%。新材料企業(yè)中,永磁材料企業(yè)、儲氫材料企業(yè)、拋光材料企業(yè)分別完成產值19.91億元、1.55億元、0.51億元,同比增長37.54%、58.5%、88.9%。拋光企業(yè)產值實現(xiàn)去年以來最大幅度增長。
從經濟類型看,6家國有及國有控股企業(yè)完成總產值39億元,同比增長28.4%,占稀土工業(yè)總產值的66.2%。(中國稀土行業(yè)協(xié)會)
中國跨入全鈦合金鉆桿生產時代
據(jù)報道,截至7月20日,全球首創(chuàng)的摩擦焊式全鈦合金鉆桿在渤海裝備渤海能克鉆桿公司成功下線,經試驗各項技術性能和質量指標均達到設計要求,標志著中國跨入高品質全鈦合金鉆桿生產時代。
這種型號為BHTG105的鈦合金鉆桿,接頭和管體材料全部為鈦合金,創(chuàng)新性地改變目前國外鈦合金鉆桿采用常規(guī)鋼制鉆桿接頭與鈦合金鉆桿管體用冷裝配方式連接成整體鉆桿的做法,通過先進的摩擦焊接方式連接而成,突破了鈦合金管端鐓鍛加厚、管體熱處理及管體接頭摩擦焊等技術難題。
與同規(guī)格鋼制鉆桿相比,BHTG105鈦合金鉆桿重量減少43%、彈性模量降低43%,具有密度低、韌性好、無磁性、抗疲勞壽命長、耐腐蝕性強等特點,可作業(yè)于曲率半徑小于30m的短半徑水平井。在空氣環(huán)境中疲勞壽命是鋼鉆桿的10倍,在腐蝕環(huán)境中疲勞壽命是鋼鉆桿的100倍。耐腐蝕性在環(huán)境溫度330℃以下時,BHTG105鈦合金鉆桿具備完全抵御硫化氫、二氧化碳和氯離子的腐蝕等特殊性能,適用于高腐蝕井、超短半徑水平井、深井和超深井的使用。
渤海能克鉆桿公司是國內首家“以產頂進,替代進口”生產高品質高強度鉆桿的企業(yè),其研發(fā)生產的BHNK品牌多種新型鉆桿,為國內最長水平井、亞洲第一深井勘探和管道穿越創(chuàng)世界紀錄做出過特殊貢獻。
BHTG105鈦合金鉆桿的研發(fā)成功,標志著渤海能克全鈦合金鉆桿研發(fā)制造技術處于國際領先水平,具有廣闊的市場應用前景。(中國石油報)
國內首個“超稀土”電機轉子在嵊州研發(fā)成功
據(jù)報道,7月7日,由浙江紹興嵊州市新馬電器有限公司用鐵氧體配方材料,研制的高效節(jié)能電機轉子配套的電機,經國家權威質檢部門檢測,各項技術指標均高于同類稀土轉子高效節(jié)能電機,成為全球首家研發(fā)“超稀土”電機轉子和“超稀土”高效節(jié)能電機的企業(yè)。
企業(yè)技術人員稱,已研發(fā)出了4款類似的高效電機新產品,其中用鐵氧體代替稀土材料研發(fā)的高效能電機,成為國內首個掌控“超稀土”電機轉子技術的企業(yè)。
嵊州市是電機之鄉(xiāng),過去稀土高效節(jié)能電機是許多企業(yè)研發(fā)方向,使用稀土制作電機轉子多與直流電機配套,具有體積小、重量輕、效率高、特性好等一系列節(jié)能高效的優(yōu)點。但是有工業(yè)“黃金”之稱的稀土,因為其不可再生性,資源緊缺,價格不斷上漲。國際上有專家提出嘗試用新的鐵氧體材料替代稀土的嘗試,但是因配方和燒結技術的原因,性能一直沒有超過稀土,成為一項科技命題。
為了讓鐵氧體電機的各項性能和稀土電機不相上下甚至超越稀土電機,新馬電器有限公司的工程師高立新花費了大量心血。他趕赴日本、臺灣請教相關專家,跑了20多家科研機構,經過上百次測試,前后花費一年時間,終于研制成功。
目前,該企業(yè)鐵氧體轉子裝配的電機在絕緣等級許可的情況下,可以達到300℃,這一要求與國際航空設備的電機相符,而稀土轉子工作溫度一般不能突破150℃。在性能提高的同時,由天鐵氧體主要材料為氧化鐵,在轉子制作成本上,比稀土節(jié)省20%。目前企業(yè)正在加緊通過3C認證,預計今年國慶可供貨上市。(嵊州新聞網)
超輕鎂鋰合金首次成功應用于航空吊艙
據(jù)報道,目前,由中國鋁業(yè)鄭州研究員暨鄭州輕研合金科技有限公司研發(fā)的超輕鎂鋰合金已成功應用于我國某型號軍機吊艙,相比鋁合金材質減重了46%。這是我國在航空吊艙領域首次應用這一種世界上最輕的金屬結構材料。
相對太空服役環(huán)境,材料在航空的應用環(huán)境明顯惡劣于航天領域,特別是機外環(huán)境,要承受住高低溫交替、濕熱、鹽霧、霉菌等極端氣候的考驗。
經組織全力技術公關,該院成功克服了鎂鋰合金容易爆炸、氧化、偏析等困難,掌握了鎂鋰合金熔鑄與加工關鍵技術。制備出大規(guī)格尺寸的鎂鋰合金鑄錠,通過鍛造、軋制、擠壓等變形方法,得到強度高、塑性好、晶粒細小、組織均勻的合金材料。
解決了以往鎂鋰合金耐腐蝕性能差,不能在飛機艙外應用的難題,為鎂鋰合金在航空領域惡劣環(huán)境下大規(guī)模應用取得了重大突破。
目前,中國鋁業(yè)鄭州研究院暨鄭州輕研合金科技有限公司已建成鎂鋰合金加工、熱處理、表面處理、機加工的全套生產線,具備年產200t鎂鋰合金的能力,位居世界前2名,是國內生產能力最大,技術最先進,產品尺寸規(guī)格最全面,質量性能最好的研究與生產單位。
鎂鋰合金具有密度小、高比強度、高比剛度、以及突出的減震性能和優(yōu)異的電磁屏蔽性能等諸多獨特的優(yōu)勢,是航空航天及武器裝備上理想的減重材料,還能減震降噪,屏蔽電磁干擾,使航天器、武器裝備的機動性、準確性以及安全性和舒適性得到大幅度提高,具有廣闊的應用空間。(鄭州輕研合金科技有限公司)
高強鋁合金的激光3D打印取得新研究
3D打印技術正在快速改變傳統(tǒng)的生產方式和生活方式。作為戰(zhàn)略性新興產業(yè),3D打印技術集成了數(shù)字化技術、制造技術、激光技術以及新材料技術等多個學科技術,被譽為有望成為“第3次工業(yè)革命”的代表性技術。金屬激光3D打印技術作為整個3D打印體系中最為前沿和最有潛力的技術,是先進制造技術的重要發(fā)展方向。其中基于自動鋪粉的激光選區(qū)熔化成形技術(SLM)主要特點是加工精度高、后續(xù)幾乎不需要機械加工,可以直接制造各種復雜精密金屬零件,實現(xiàn)結構功能一體化、輕量化,在航空航天、生物醫(yī)療制造等領域有廣泛的應用需求。
目前,SLM技術所應用的材料已涵蓋鈦合金、高溫合金、鐵基合金、鈷鉻合金和少量強度不高的鋁合金等材料體系。高強鋁合金,作為一種在工業(yè)領域有著廣泛應用的輕質材料,在SLM領域的需求日益旺盛。但是與其他已經成功應用于SLM的材料相比,高強鋁合金具有較高的導熱率以及對激光較高的反射率,且合金化程度高,結晶范圍寬,使得其SLM成形存在有很強的熱裂傾向,嚴重限制了其工程應用。
為解決現(xiàn)有SLM成形高強鋁合金材料的熱裂問題,武漢光電國家實驗室激光先進制造研究團隊的博士生張虎、聶小佳等在朱海紅教授的指導下,從傳統(tǒng)鋁合金材料設計的角度出發(fā),通過在SLM成形高強鋁合金中添加微量元素的方法,獲得了致密無裂紋的試樣。在成功抑制熱裂紋的同時,SLM成形效率大幅提升;與原有粗大的柱狀晶顯微組織不同,微量元素改性后的組織為1mm量級的等軸晶;在細晶強化和析出強化的共同作用下,極限抗拉強度提升12%。該研究成果突破了現(xiàn)有SLM技術成形高強鋁合金的工藝瓶頸,有望加速鋁合金材料在激光3D打印領域的工業(yè)化應用?!参錆h光電國家實驗室(籌)〕