近日，日本金屬科技有限公司（Metal and Technology Inc.---MTI）成功將碳粒子加入到了無鉛材料和純銅中，使這些材料的機械性能得到了提升。這份工作是由日本筑波大學退休教授KenichiOhshima和Shirogane公司（MTI公司合作伙伴）合作完成的，現在MTI已經獲得了此項技術的專利。

    近年來，為了阻止環境惡化，比如全球變暖，對研發新型結構材料非常急迫。而加碳鋁銅合金的成功研發，將有助于降低汽車和火車車身的重量，以節省能量、降低成本，減少二氧化碳的排放量。

    加碳鋁銅合金的結構和特點

    在鋁銅合金中加入碳粒子是想要增加合金的機械強度和延展性，這和怎么在鐵中加入碳來提升碳鋼性能的原理是一樣的。

    碳的增加也提高了抗腐蝕性能。用萬能試驗機測量抗拉強度時，他們發現加碳的合金強度是沒有加碳合金的兩倍，比較采用的材料是硬鋁合金A2017，這是典型的鋁合金。這種結果說明純凈的合金可以通過增加碳使強度有很大的提高。碳的增加導致強度的增加要歸功于其精細的結構，因為當載荷增加時，精細的結構產生了強大的阻力。

    圖：不加碳與加碳鋁銅合金表面組織結構對比

    上圖中不難看出，加碳鋁銅合金有著更精細的組織結構，并出現灰色的加強結構區域。

    因此，MTI為了弄清楚碳粒子是怎么影響精細結構的，他們采用X射線微量元素分析制作每一種元素的顏色圖表來判斷carbon-addedAl-5wt.%Cu-0.3wt.%C合合金的碳元素分布規律。他們發現碳粒子非常均勻的分布貫穿整個結構。通過分析，原來是增加的碳原子阻礙了合金機構的增長，所以導致了結構非常精細。

    圖：電子探針微量元素分析測出的Al-5wt.%Cu-0.3wt.%C合金的元素顏色圖譜

    由于簡單的組成成分，預計生產成本會降低。在實際應用中幾乎所有的鋁合金比如硬鋁合金（A2017）和AC2A都含有銅，但是同時也含有其他有色金屬元素，比如鎂和錳，這些合金因為復雜的成分導致生產困難并且成本過高，相比較來說，加碳鋁銅合金盡管成分組成簡單（僅有鋁、銅、碳），卻有著等同甚至超過其他現有鋁合金機械度強度的性能。

    未來的發展方向和前景

    MTI的碳添加技術已經成功應用到AC2A合金上，這種常被用于制作發動機部件合金。這種合金的強度通過添加碳而增加。MTI目前正在進行的研究和開發進一步推進這一技術，針對廣泛應用的AC2A合金，通過關注添加碳的含量和熱處理參數的最佳組合，來達到低成本、高可靠性和高強度的鋁合金目標。

    MTI打算利用加碳鋁銅合金的高強度和高延展性來取代用在加工汽車結構和發動機部件的鋁合金促使重量的減輕。此外，我們也瞄準了利用加碳鋁銅合金為廣泛的非汽車領域增加強度，例如鋁合金門窗、鋁合金容器和運輸設備，如船和火車車廂等。

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責任編輯：王元

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