金属与粉末冶金

俄罗斯研制出与骨组织弹性完全相同的生物相容性合金

俄罗斯国家研究型工艺技术大学“莫斯科钢铁合金学院”发布消息称，该校研究人员与加拿大同行共同研制出了一种弹性与骨组织完全相同的形状记忆合金，它们由具有生物相容性的钛锆铌合金制成，由于其生物力学特性，该合金可以大大延长医用植入物的使用寿命。

近年来最常见的骨替代物是钛植入物，然而，使用钛合金植入物存在一个问题，就其所有的生物力学性而言，它们不如骨头灵活。这种差异常常导致人体内机械生物平衡遭到破坏。骨组织细胞由于植入物的材料较硬而不再承受植入物的负担而坏死。结果，植入物与骨头的机械接触消失，植入物开始松动，因而需要被替换下来。

像以前的钛合金一样，钛锆铌合金对像人体这样腐蚀性的环境的作用十分稳定。加上其拥有的生物力学兼容性，使得该新型合金植入物变得更加坚固耐用。谈到该合金的实际应用情况时，目前该校国际科研小组正与工业合作伙伴CONMET公司合作，生产植入圆棒状金属坯料，包括在高温下利用压力对毛坯进行的各类处理。圆棒将用来生产脊椎椎弓根固定横梁，治疗复杂形脊柱侧弯。在使用过程中，由钛锆铌合金制成的横梁在扩张变形条件下仍具有寿命长，抗疲劳的特性，且由于其硬度较低，降低了患者受伤的风险，从而提高患者生活质量。

这种新的超弹性合金也可用于个性化医疗。俄研究人员已经具有了制造指定成分的粉末状的钛锆铌合金技术，借助目前3D打印技术，可制造出疏松度符合既定要求的金属植入物。（科技部）

美国：从煤炭中提取高纯度稀土精矿

美国肯塔基大学的科学家成功从煤炭中提取出接近纯粹的稀土精矿，所采用的是具有环保意识和成本效益的方法。

在获得美国能源部超过700万美元拨款之后，首席研究员兼矿业工程教授Rick Honaker能够深入研究创造这种新材料。“美国能源部项目的主要目标是生产出稀土元素含量至少达到2%的精矿，”Honaker说道，“我们已经超越了这一目标。”

他表示，该提取工艺成功采收出超过80%的给料中存在的稀土元素。从干燥的整块来看，精矿包含超过80%的稀土元素，以及超过98%的稀土氧化物。此外，常用于國防、高新技术和可再生能源领域的钕和钇在整个精矿中占比超过45%。

同时，通过这一新的采收工艺，有效将钪与其他元素分离。该稀土元素常用于航空和照明领域，可以浓缩为单独产品。（中国有色金属工业协会）

NASA探索新型“锁子甲”式镍钛合金轮胎

美国国家航空航天局（NASA）因而瞄准未来更大质量巡视器设计需求，探索一种更耐用的新型“锁子甲”式镍钛合金轮胎，有望赋予未来火星巡视器长途跋涉的能力。

这种新型轮胎柔韧性较好、不易破损，能比任何非充气轮胎承担更多的形变，主要原因有以下2点，一是采用锁子甲结构（由连环互锁的金属环状物制成），二是采用镍钛合金材料。

锁子甲式的网眼轮胎技术起步较早。早在20世纪60年代，人类尝试利用钢琴线编制网眼轮胎，这种轮胎虽性能先进，但存在承重能力有限等弊端。2009年，NASA与美国固特异轮胎橡胶公司合作，研发了一种名为“弹簧轮胎”（Spring Tire）的网眼轮胎，由螺旋钢丝编织而成，在岩石和沙地上都有不错的抓地力，且较为耐用，曾获得过被称为美国科技界“奥斯卡”奖的全球百大科技研发奖（R&D 100 Award）。然而，NASA在后续试验中发现，该轮胎在模拟火星地形上运行后产生塑性形变，出现凹损。

镍钛合金材料具有形状记忆能力，具有超强的伸缩性，能记忆原始形状，可在形变10%后恢复形状。NASA用镍钛合金制成的金属丝替代传统的钢丝，制成的网眼轮胎可在形变量约为传统材料30倍时保持弹性形变，意味着轮胎在驶过火星表面尖锐岩石及其他不规则物体后，可恢复原有的形状和性能，为巡视器探测新区域和携带更重载荷提供支撑。（中国航天系统科学与工程研究院）

新型合金将革新航空制造业

美国空军科研办公室正在针对“可彻底变革飞机结构制造”的新一代材料研究项目进行资助。它们授予了北德克萨斯工程学院一份价值90万美元的合同，用以开发多相高熵合金。

这种高熵合金同时也被称为复杂凝聚态合金，这种新一代的材料有望通过其力学性能提升（包括在高温下和室温下的疲劳性能和蠕变性能），从本质上提升飞机结构部件的性能。传统的结构合金，例如拥有多相微观结构的钢，它们是由一种基础元素——铁元素，添加适量的其他合金元素——铬元素或镍元素，制造出的具有理想结构和力学性能的合金。

高熵合金则是直接凝聚4～5种合金元素制造而成。这一概念原本目标是使用这些合金元素形成单相固溶体，但是采用这种方法产生的材料在飞机可能服役的高温环境下，性能受到限制。

Banerjee计划使用计算工具，将传统合金中的多相结构与高熵合金进行结合，以此来提升合金性能，发展新一代可提升飞机或其他应用领域结构性能的材料。（中国航空工业发展中心）

新加坡科研人员提高镁合金性能

铝合金目前是许多结构应用的首选轻金属，应用范围从飞机机身到智能手机机身。它质轻，耐腐蚀，相对容易成型、焊接和工作。镁合金比铝合金轻1/3，特别适用于质量很重的场合。镁的置换是一项困难的工作，它需要高温才能成形，并且强度较低。找到一个提高镁合金力学性能和加工性能的方法可能会发掘具有现实利益材料的新应用，例如改进飞机、船舶、车辆、手机和打火机的燃油经济性。

来自新加坡制造技术研究所和南洋理工大学的Kai Soon Fong和他的同事们现在已经设计出一种预处理方法，此方法可显著提高最广泛使用的镁合金AZ31的机械强度和延展性。

“研究表明，采用快速退火后的正交约束槽压技术可以提高商用AZ31镁合金板材的塑性变形性能。”Fong说道。约束槽压涉及在加热的、波纹状的模具之间反复挤压薄金属片，如镁合金。材料这种在非常狭窄的区域上拉伸或者叫应变，引起了塑性变形，同时防止损坏并诱导微观晶粒再结晶成更精细的微观结构。通过在每一个冲压步骤之间将板材旋转90°使材料反复变形直至整个板材加工完毕。然后将材料加热或退火，以除去残余应力，但加热速度需要更快，时间更短，以防止颗粒再次膨胀。

“通过优化加工温度和应变速率，我们可以通过晶粒细化改善其力学性能，而不是从物理上改变合金，最后得到超细晶粒组织。”Fong说：“这种加工方法提高了机械强度和延展性，使其在室温下更坚固、更容易成形。”（山东省科学院新材料研究所）

GE公司利用双机器人冷喷涂系统实现大型复杂金属构件3D打印

GE公司正在利用超音速冷喷涂3D打印系统制造喷气发动机叶片等大型复杂金属构件，该3D打印系统由两个机器人手臂组成，其中一个夹持零件，另一个向其上喷涂金属粉末。

双机器人手臂的自由移动可以使喷嘴从各个角度进行喷涂，从而实现大型复杂构件的制造。研究人员认为该系统是3D打印技术一个重要进展，配备了先进机器学习软件的机器人不再受限于在特定区域内进行3D打印，从而使用户不再受待加工部件体积或尺寸的限制。为验证其强大的功能，该系统目前已应用于喷气发动机叶片的3D打印，这标志着GE公司在航空航天增材制造领域取得了又一重要成果。该系统未来发展重点将不仅仅是用于更大尺寸构件的制造，事实上，系统所具有的智能学习能力才是关键，可以使该3D打印系统通过分析每次打印零件时参数的设置进行学习，GE公司将这比喻为艺术上通过不断练习达到完美的过程。（北方科技信息研究所）

中国科学家突破稀土分离关键技术

中国科学院厦门稀土材料研究所还与赣州稀土集团合作，对废渣中稀土和放射性元素的回收开展研究，发现渣中稀土含量为原山含量的130多倍，但回收其中的有价稀土元素及放射性元素存在很大的挑战。针对放射性废渣的特点，研究团队应用新型萃取体系，目前工业试验进展顺利，废渣经过酸溶解和萃取，酸浸液的稀土回收率大于92%，放射性元素钍的回收率大于90%；分离所得镥产品的纯度大于99%。废水中，残余钍的含量达到稀土工业污染物排放标准。

中科院海西研究院团队还与中科院长春应用化学研究所、美国橡树岭国家实验室、美国劳伦斯伯克利国家实验室等国内外知名机构合作开展工程技术研究，提高我国离子型矿的稀土利用率。该项研究有利于显著降低酸碱消耗，可节约直接生产成本25%～30%，具有显著的间接经济效益和社会效益。（中国有色金属工业协会）

高熵合金Ta-Nb-Hf-Zr-Ti在超高压力下超导电性稳定性的发现

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）超导国家重点实验室郭静副研究员、博士生王红红和孙力玲研究员等与美国普林斯顿大学Cava教授研究组合作，对其提供的高质量高熵合金——钽铌（TaNb）0.67铪锆钛 （HfZrTi） 0.33样品的超导电性进行了系统的原位超高压研究。发现该合金在压力下具有令人惊奇的稳定零电阻的超导电性：在高达190.6 GPa的压力范围内能保持其电阻-温度曲线的超导转变陡降和清晰的零电阻行為，而且在如此大的压力范围内其超导转变温度变化很小。在上海光源完成的高压同步辐射XRD实验结果表明在96 GPa的压力下，样品的体积被压缩至28%，但没有发生结构相变。该项研究结果表明（TaNb）0.67 （HfZrTi）0.33 高熵合金超导体在超高压产生的大变形量下仍能很好的保持其常压相所具有的超导电性。该发现不仅丰富了人们对超导实验现象的了解，也对超导理论方面完整的理解超导机制提供了新的实验依据。此外，还为满足对在超高压等极端条件下服役的超导材料的潜在需求提供了一种候选合金。（中科院物理所）

中科院宁波材料所LED用稀土发光材料研究获进展

中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进制造技术研究所的光电功能材料与器件团队，研发出一种新型钡镥硅氧铈（Ba9Lu2Si6O24：Ce3+）硅酸盐青色荧光粉；在160℃时，其荧光量子效率可维持室温的94%，表现出良好的热稳定性。

近日，该团队通过理论和实验相结合，在Ba9Lu2Si6O24基青色荧光粉发光性能调控方面开展系统研究。通过工艺优化，荧光内量子效率提升至 90%，85℃/85%RH条件老化1 600h以上的光衰小于10%。仅采用该青色荧光粉与红粉复合，即可在NUV芯片上获得显色指数90以上的白光。基于对Ba9Lu2Si6O24第一性原理电子结构计算和理解，结合光谱学的实验表征手段，该团队提出一种计算宽带隙无机非金属材料基体带隙的方法，并揭示材料发光的热稳定性机理，除了热和声子相互作用可引起发光猝灭外，由热引起的材料吸收率下降是导致发光材料热猝灭的另一个原因。（中国科学院）

“复兴号”高铁动车组批量应用镁合金型材

近日，成都天智轻量化科技有限公司（以下简称“天智公司”）圆满完成了中国标准动车组“复兴号”列车用镁合金挤压侧墙型材和地板导槽型材首批订单的交付，总长度近万延长米，通过了中国中车集团某公司的各项检测，并成功列装本批次11列“复兴号”动车组。下一批“复兴号”列车镁合金轻量化精密型材正在洽谈中。与此同时，公司还完成了型材总长度超过一万延长米、可列装25列地铁车辆的镁合金精密挤压型材订单的成功交付。

此次天智公司通过自主研发，成功打通了材料设计、挤压成型模拟、模具优化设计、挤压工艺参数优化、现场精细调控、型材矫形定尺等全技术流程，成功实现了大尺寸、薄壁、复杂截面镁合金精密挤压型材的批量供应，突破了当前镁合金精密挤压技术的瓶颈。这批镁合金型材在“复兴号”上的成功安装，实现了世界上最高运营速度的动车组的车内组件轻量化技术升级，达到了新的减重节能目标。（中国有色金属报）

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