由粉末制成的高性能铝合金长期以来一直用于专业航空航天应用中的轻质部件，在这些应用中，成本不是限制因素。 然而这些合金对于汽车工业来说太昂贵了。 典型的铝合金粉末挤压工艺是能源密集型和工艺密集型的，需要多个步骤才能进行大规模生产。 首先，松散的粉末必须装入罐中并抽空，这称为“脱气”。 然后将罐头密封、热压、预热并放入挤出机中。 铝挤压后，将罐取出或“倾析”以露出由固结粉末制成的挤压部件。
在这项研究中，团队跳过了一些步骤，并使用 PNNL 的剪切辅助加工和挤压技术 (ShAPE™) 直接从粉末中挤压出纳米结构铝棒。 铝管、铝方管、铝材、铝合金经粉末冶金、制罐、脱气、热等静压、脱罐、坯料预热直接挤压而成。
在 ShAPE™ 工艺中，粉末（在本例中是由 Kymera International 的子公司 SCM Metal Products, Inc. 提供的 Al-12.4TM 铝合金粉末）被倒入敞口容器中。 然后将旋转的挤压模具压入粉末中，在粉末和模具之间的界面处产生热量。 该材料柔软，易于挤出，无需罐装、脱气、热压、预热和倾析。
领导这项研究的 PNNL 材料科学家 Scott Whalen 表示：“这是使用 ShAPE™ 等单步工艺将铝合金粉末组合成纳米结构挤压件的第一个例子。” 关注材料科学与工程微信公众号，获取更多知识。 “消除加工步骤和预热的需要可以显着缩短生产时间，降低产品的成本和整体嵌入能源，这可能有利于想要制造乘用车的汽车制造商。他们可以为消费者提供更实惠、更轻、更耐用的产品。”省油产品。”
除了提供 Al-12.4TM 粉末外，SCM Metals Products, Inc. 还进行了机械测试，以验证所得材料的性能。 PNNL 和 SCM Metal Products, Inc. 目前正在 DOE 技术改造办公室项目上进行合作，以扩大大直径挤压工艺的规模。
减少加工步骤和加热并不是该团队唯一的成功发现。 虽然高性能铝合金历来表现出优异的强度，但它们经常受到延展性较差的阻碍。 然而，研究小组发现，采用ShAPE™方法挤压的铝合金的延展性得到了显着提高，测得的延展性是相同强度的传统挤压产品的两到三倍。
为了了解延展性显着增加的原因，使用透射电子显微镜评估粉末和挤压材料的微观结构。 结果表明，ShAPE™方法改善了粉末中的第二相——非铝材料的微小增强颗粒。 ShAPE™ 将颗粒收缩至纳米级尺寸，并将其均匀分布在整个铝基体中，从而提高延展性
