国产飞机高铁齐头并进步入轻量化时代

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最近，烯烃碳铝合金铸锭在上海内碳金属基复合材料工程中心生产线上成功下线，标志着这种新型高端复合材料中试成功，解决了传统铝合金刚度弱的问题，将推动我国航空、高速铁路、汽车等高端制造领域进入轻量化时代。MSX

根据绿色和低碳的概念，轻量化已成为高端制造领域的一个新的发展方向。铝合金因其密度低、比强度高、易于加工和成形等优点而得到越来越广泛的应用。飞机和高速铁纷纷穿上铝合金"外套".例如，国内大型飞机C 919采用铝锂合金自重，铝锂合金在机体结构中所占比例为7.4%。铝合金"涂层"，虽然轻，但易变形，因为材料太软，一旦车辆加速，其变形就会超过安全极限。通过添加各种材料来弥补铝锂合金、铝陶瓷合金等的强度，将碳纳米管、石墨烯等新的强化相引入到铝合金中更为流行。MSX

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上海交通大学材料科学与工程学院张荻教授告诉记者，碳纳米管和石墨烯具有优异的力学性能，其密度仅为钢的1：6，但强度是钢的100倍，硬度接近自然界中最坚硬的金刚石，只有少量的碳纳米管和石墨烯才能均匀地分散到铝合金基体中，昂贵的合金元素可以部分替代，强度、刚度等力学性能也能得到很大改善。MSX

早在1997年，日本科学家就开始了碳纳米管增强铝基复合材料的研究，在过去的十年里进展缓慢。张荻解释说，碳纳米管的直径小于头发的1%，石墨烯的厚度小于头发的0.1%，很难将它们分散在铝合金中而不造成损伤。为了克服这一困难，张荻要求获得自然的灵感。他利用"珍珠之母"的层合结构，开发了"微纳米层合粉末冶金"，这是一种新颖的仿生复合技术：铝先制成微纳米片状粉末，然后在微观尺度上与碳纳米管和石墨烯均匀结合形成"砖"，然后通过过程控制，像墙一样形成"砖块"层合烯炭铝基复合材料。MSX

为了通过新技术改造的道路，上海交通大学和上海石墨烯工业技术功能平台组成了上海烯-碳金属基复合材料工程中心，并开始了产品中试。为了适应工程的核心设备类型压力机，石墨烯平台为工程提供了600平方米和11米高的厂房，并对基础和电路进行了改造。他们还从世界上各种石墨烯粉末中选择了最合适的一种添加到铝合金中。到目前为止，工程中心已形成年产20吨的中试生产线，每单位重量可生产钢锭0.5吨，并研制出中强度、高强度、超高强度等系列高模量烯碳铝合金。MSX

据悉，烯碳铝合金从技术制备到生产设备具有完整的自主知识产权，替代现役铝合金构件预期可减重 10% 到 30%，综合性能水平世界领先。目前，上海烯碳金属基复合材料工程中心已联合中航工业、中航科技、中国中车等单位，开展烯碳铝合金在飞机、航天运载器结构、" 标准动车组 " 列车、新能源汽车等装备上的应用验证。MSX

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