科学环境:该项目将在新的国际研究项目“复杂的无机材料的材料 - 材料 - 材料”的框架内进行,Jean Lamour Institute(IJL,Nancy,France)和JoŽefStefanInstitute(JSI,JSI,Slovenia,Slovenia)。它将涉及来自组表面和冶金学(IJL)的更具体的研究人员,以及纳米结构材料系(S.Shturm教授,JSI)以及高素质合金组(J. Dolinsek,JSI)。两个实验室都是欧洲复杂金属合金联盟(Ecmetac,https://ecmetac.eu/)的一部分。该项目还将受益于IMEM的专业知识(CNR,意大利,F。Albertini教授; https://www.imem.cnr.it/en/adr/4/magnetic-and-magnetic-and-multiferroic-材料/插入材料)在磁磁材料上。
多主元合金中普遍存在的短程有序 Ying Han 1,† 、Hangman Chen 2,† 、Yongwen Sun 1 、Jian Liu 3 、Shaolou Wei 4,# 、Bijun Xie 2 、Zhiyu Zhang 1 、Yingxin Zhu 1 、Meng Li 5 、Judith Yang 5,6 、Wen Chen 3 、Penghui Cao 2,* 、Yang Yang 1,* 1 宾夕法尼亚州立大学工程科学系、力学与材料研究所,宾夕法尼亚州立大学公园市,16802,美国。 2 加利福尼亚大学机械与航空航天工程系,加利福尼亚州欧文市,92697,美国。 3 马萨诸塞大学机械与工业工程系,马萨诸塞州阿默斯特市,01003,美国。 4 麻省理工学院材料科学与工程系,马萨诸塞州剑桥市,02139,美国。 5 匹兹堡大学石油与化学工程系,美国宾夕法尼亚州匹兹堡 15261。6 布鲁克海文国家实验室功能纳米材料中心,美国纽约州厄普顿 11973。† 这些作者对这项工作做出了同等贡献。# 目前在:Max-Planck-Institut für Eisenforschung,40237,杜塞尔多夫,德国。* 通讯作者的电子邮件:caoph@uci.edu;yang@psu.edu
摘要:金属的生产占所有工业温室气体排放量的40%,全球能源消耗的10%,32亿吨矿物的开采和每年数十亿吨副产品。因此,金属必须变得更加可持续。循环经济模型不起作用,因为市场需求超过了目前的可用废料大约三分之二。即使在最佳条件下,将来至少三分之一的金属也将来自初级生产,从而产生巨大的排放。尽管已经讨论了金属对缓解策略和社会经济因素的影响,但使冶金部门更可持续的基本材料科学的解决方案较少。这可能归因于以下事实:可持续金属的领域描述了全球挑战,但尚未描述一个均匀的研究领域。然而,这一挑战的巨大幅度及其巨大的环境影响,这是由于每年生产的超过20亿吨金属引起的,它使其可持续性成为重要的研究主题,不仅从技术的角度来看,而且从基础材料研究的角度来看。因此,本文旨在识别和讨论最紧迫的科学瓶颈问题和关键机制,考虑了金属(矿物),次级(废料)和第三(重新开采)的金属合成以及能量密集型的下游处理。重点放在材料科学方面,尤其是那些有助于减少CO 2排放的材料科学方面,而对过程工程或经济的却更少。本文并未描述金属相关的温室气体排放对气候的破坏性影响,但是科学方法如何通过可以使冶金化石无效的研究来解决这一问题。内容仅考虑冶金可持续性(生产)的直接措施,而不是通过其性质(强度,重量,寿命,功能)杠杆作用的间接度量。
就在几天前,美国铝业公司就关闭其在西班牙的所有三家冶炼厂采取了最新立场,这一决定是由一系列结构性问题引起的,例如高能源成本和中国产能过剩。美国铝业公司的举动给欧盟委员会增加了压力,迫使其彻底调整其过时的贸易和工业政策。由于深陷不利因素,欧盟在 2002 年至 2016 年期间损失了超过三分之一的原铝总产量——在短短十四年内,已有超过 13 家冶炼厂关闭。在美国铝业公司宣布这一决定之前,国内原铝产量仅满足总消费量的 30% 左右。具体来说,欧盟 2017 年的原铝产量为 210 万吨,低于 2002 年的 300 多万吨,导致欧盟市场 70% 以上依赖进口,而根据美国铝业公司宣布的最新规定,情况显然会越来越糟。公平地说,欧盟委员会几乎无法阻止这些铝厂的关闭,当欧洲议会问及美国铝业公司冶炼厂时,委员会回答说,企业可以在共同市场上自由决策,国家援助受到严格限制。在政策选择如此有限的情况下,欧盟委员会应该清楚,唯一的出路应该是制定新的原材料准入政策,以拯救下游铝业行业。但到目前为止,欧盟政策制定者还远远未能实现这一目标。
全球航空工业市场呈现强劲增长趋势。最近,空中客车公司预测,到 2035 年,新飞机的需求将不断增长,投资额将超过 5 万亿美元 1 。在这种不断扩大的形势下,多个航空项目都提出了降低飞机运行过程中的燃油消耗、二氧化碳和氮氧化物排放量的要求 2 ,因此减轻重量是飞机制造商面临的关键问题。钛合金用于制造多种飞机部件,如起落架、发动机部件、弹簧、襟翼导轨、气动系统管道和机身部件 3-5 。这种广泛的适用性源于一系列令人印象深刻的优良特性,如高强度重量比、高抗氧化性、断裂韧性、耐腐蚀性、疲劳强度和抗蠕变性 6-8 。钛合金可分为三种不同的合金类别,分别称为 α、α+β 和 β 合金。抗蠕变性、可焊性、弹性模量和韧性等特性受每种类别的微观结构特征的影响 9-11 。人们已经探索了钛合金的物理冶金学,以增强各种工程应用的特定性能。用于结构飞机部件的钛合金的一些主要性能是疲劳强度、冲击强度、杨氏模量和硬度 12 。这些性能可以根据合金成分和微观结构控制进行定制,从而实现
对国家科学家和工程师的工作效率和效果至关重要。该局也是联邦政府的一个焦点,确保最大限度地应用物理和工程科学来推动工业和商业的技术进步。为了完成这一使命,该局分为三个研究所,涵盖广泛的研究和服务项目领域:基础标准研究所……为美国提供完整一致的物理测量系统的中心基础,协调该系统与其他国家的测量系统,并提供基本服务,使全国科学界、工业和商业的物理测量准确统一。该研究所由一系列部门组成,每个部门都服务于一个经典的主题领域:
总部位于布鲁塞尔的欧洲铝消费者和用户联合会 (FACE) 决定以新的活力重启欧盟对进口原铝关税的暂停活动,这要归功于罗马路易斯大学 (LUISS University) 的最新研究成果,该研究题为“欧盟铝业 - 欧盟贸易措施对下游活动竞争力的影响”。该研究由 FACE 于 2014 年委托进行,旨在建立欧盟铝价值链的透明情景,特别关注下游环节,该环节约占欧盟铝业年营业额的 70%,占其总就业人数的近 92%。从源头上看,欧盟国内原铝供应不足,70%以上的需求依赖进口,为了弥补2017年约510万吨的缺口,且这一缺口还在不断扩大,下游产业必须从境外供应商那里吸引铝材。与许多其他商品一样,铝产品也适用复杂的进口关税制度;对于未锻造金属,在2007年和2013年连续两次自主暂停征收关税后,铝合金、铝板坯和铝坯以及铸造合金的关税税率分别为3%、4%和6%。未锻造铝进口既有关税款(DP)也有关税款(DU),可以从与欧盟签署优惠贸易协定(PTA)的国家和普惠制(GSP)覆盖的欠发达国家(SPGA)免税进口。由于新的冶炼能力正在受欧盟关税影响的国家建设,应税金属的份额将随着欧盟对进口金属的需求而继续增长。无论如何,由于市场条件,DP价格基准已成为欧盟向下游用户供应原金属的事实基准,所有DU供应商都有强烈的动机收取DP价格,无论他们是否缴纳关税。因此,欧盟下游客户为进口和国内铝支付的价格
解决方案:该项目的目标是生产出机械性能提高 20-30% 的铸件。目前正在探索多种解决方案,以使将纳米颗粒掺入铝中具有成本效益。最近的工作重点是使用与碳混合的反应性熔剂来生产纳米碳化钛。这是通过将含钛熔剂与活性炭混合并将材料添加到熔体表面来实现的。熔剂的作用是在加工过程中保护熔体。在这项研究中,形成了大量颗粒,并且颗粒的尺寸与碳前体没有紧密联系,这表明可以使用成本较低的碳。由于其他合金可能会干扰反应,因此将使用此程序生产母合金,然后可以将其添加到标准铸造合金中以提高其强度。
随着使用计算和数据密集型方法探索多主元合金 (MPEA) 的努力不断增加,预测材料特性的实验实现和验证需要对这些合金进行高通量和组合合成。虽然增材制造 (AM) 已成为解决这些挑战和通过零件制造进行快速原型设计的主要途径,但开发和理解工艺-结构-性能相关性的广泛研究迫在眉睫。特别是,基于定向能量沉积 (DED) 的 MPEA AM 前景广阔,因为功能分级组件制造以及表面熔覆的成分变化可能无限。我们分析了 MPEA 的 DED 的最新努力、各种过渡和难熔元素的激光金属沉积过程中的微观结构演变,并评估了各种加工参数对材料相和性能的影响。我们的努力表明,开发用于工艺参数选择的稳健预测方法和修改合成机制对于使 DED 平台能够重复生产无缺陷、稳定和设计 MPEA 至关重要。
