汽車輕量化為鋁、鎂、鈦等輕金屬材料提供了廣闊的應(yīng)用前景。粉末鋁合金在汽車上可應(yīng)用的部位非常多,但Al-Si合金由于高比強(qiáng)度、高比剛度、低熱膨脹系數(shù)和耐磨性好,有可能率先在油泵齒輪方面大規(guī)模應(yīng)用。從工業(yè)化角度來(lái)看,對(duì)粉末冶金鋁合金制備過(guò)程的優(yōu)化研究更為重要。鋁合金的另一個(gè)研究熱點(diǎn)是復(fù)合材料,包括傳統(tǒng)的Al/SiC,Al/C,Al/BN,Al/Ti(C,N)以及新出現(xiàn)的納米碳管增強(qiáng)鋁合金。高強(qiáng)粉末鋁合金與快速凝固技術(shù)密切相關(guān)。通過(guò)成分設(shè)計(jì),在純鋁基體中加入金屬間化合物行成組元,可以制備高強(qiáng)度、高韌性、高熱穩(wěn)定性兼顧的鋁合金。該材料的室溫強(qiáng)度大于600Mpa,延伸率超過(guò)10%,在400℃還有很好的熱穩(wěn)定,疲勞極限是鍛造鋁合金的2倍。
鎂合金的密度更小,其應(yīng)用前景可能更好,但目前仍處于研究狀態(tài)。采用快速凝固方法也是制備高性能粉末鎂合金的重要手段。目前該技術(shù)在安全性方面已經(jīng)沒(méi)有太大的問(wèn)題,所制備出的材料性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鑄造合金。
鈦合金在汽車上的應(yīng)用主要是成本問(wèn)題,而粉末鈦合金的主要障礙在于高性能低成本鈦粉。英國(guó)QinetiQ Ltd開(kāi)發(fā)了一種店脫氧技術(shù)(EDO),可批量生產(chǎn)鈦粉。該技術(shù)與傳統(tǒng)的以海綿鈦為原料的氫化脫氫過(guò)程完全不同。它是一種類似于熔鹽電解的方法,以 TiO2為陰極,石墨為陽(yáng)極,在電解過(guò)程中TiO2的陽(yáng)極遷移,并消耗陽(yáng)極的炭形成CO,在陰極得到鈦粉。鈦粉的氧含量在0.035%~0.4%之間。采用這一技術(shù)還可方便地制備各種鈦合金粉末。由于對(duì)氣氛和雜質(zhì)的敏感性,粉末鈦合金的燒結(jié)也是工藝難點(diǎn),通常與要熱等靜壓或后續(xù)熱加工。通過(guò)添加共晶形成組元和稀土元素能夠明顯改善粉末鈦合金的燒結(jié)致密度,其力學(xué)性能也能達(dá)到鍛造鈦合金水平。這一系列工作將大大推動(dòng)鈦合金在汽車機(jī)關(guān)鍵部件上的應(yīng)用。