超细晶01
超细晶高强钢
去年，北京科技大学团队与英国谢菲尔德大学、美国国家标准与技术研究院及泰斯研究公司、郑州大学等国内外科研机构合作，首次通过调控共格无序析出适时且持续的钉扎再结晶晶界迁移，获得了具有高热稳定性的超细晶TWIP钢，强度及加工硬化同时提升，据此研发出一种仅通过简单轧制和退火工艺即可获得高性能超细晶钢的工业化晶粒细化技术。
开发性能优异并适合大规模生产的新型高强钢可以实现交通装备的轻型化，具有巨大的市场需求。而孪晶钢因其具有优异的成形性能、抗拉强度 （800-1000MPa）和均匀延展性 (≥50%)从而成为汽车轻型化设计的首选材料，但低的屈服强度严重制约工程应用。如何在保证其高加工硬化率、高塑韧性的同时大幅提升材料强度是交通装备制造等国民经济领域面临的关键问题。
细晶强化是同步提升材料韧性和强度的重要手段。然而，由于孪晶钢在冷却过程中不具备固态相变，无法像低合金高强钢一样通过轧制和快速冷却等工艺达到超细晶粒的目的，因此不得不采用等通道转角挤压、高压扭转等大塑性变形方法获得超细晶。但这些方法生产成本高、样品尺寸小，而且细晶材料中通常含有高密度位错、空位等晶体缺陷，大大降低其均匀延展性，很难实现规模化生产。
为解决超细晶奥氏体钢的规模化制备的技术问题，北京科技大学新金属材料国家重点实验室吕昭平教授团队与来自英国谢菲尔德大学、美国国家标准与技术研究院及泰斯研究公司、郑州大学等国内外科研机构的材料学家们研发了一种新型晶粒细化技术：即通过微量Cu合金化，在再结晶过程中实现超细再结晶晶粒内部快速、大量共格无序析出，通过强烈而持续的Zener 钉扎抑制超细再结晶晶粒长大，从而实现工业化条件下获得超细晶TWIP。该技术通过影响局部层错能细化了超细晶TWIP钢的机械孪晶，而晶内无序析出几乎不钉扎位错移动，从而在细化晶粒的同时进一步提升了TWIP钢加工硬化能力。
超细晶02
超细晶含铜钛合金
与常规晶粒尺度（5-10μm）的钛合金相比，超细晶钛合金具有更高的强度与良好的塑性匹配，以及更高的耐磨性和更佳的生物相容性，在航空航天、生物医学等众多领域颇具应用价值。然而，超细晶钛合金制备加工较为困难，且组织的热稳定性较差，这制约了超细晶钛合金的发展与应用。
中国科学院金属研究所杨柯团队致力于新型医用金属材料的基础与应用研究。近日，该团队成员任玲、王海等运用“双相壳层包裹超细等轴晶”的显微组织设计思想，从热力学、动力学两方面提高超细晶钛合金组织热稳定性，并利用常规热处理与热加工的工艺组合，实现了上述显微组织的大尺寸制备，解决了超细晶钛合金制备加工难、组织稳定性差的问题，获得了性能优异和热稳定性高的超细晶含铜钛合金。
近年来，该团队主要从事含铜钛合金的结构与生物功能一体化研究与应用。在前期研究的基础上，科研人员提出“共析元素合金化→淬火→热变形”（EQD）的超细晶含铜钛合金的制备策略，实现了双相壳层包裹超细等轴晶的显微组织的设计思想。此外，超细晶Ti6Al4V-5Cu合金在高温拉伸的热力耦合条件下未发生晶粒的粗化长大。EQD策略实现了TiCu、TiZrCu等其他钛合金的高性能、高热稳定性超细晶组织的制备，并已拓展至包括钢铁材料在内的其他合金体系，为超细晶金属材料的制备提供了新途径，这对超细晶金属材料的设计和研究具有重要意义。
超细晶03
超细晶纯镁
镁是密度最轻的金属结构材料，在航空航天、交通运输等减重需求迫切领域具有广泛的应用前景。然而，镁具有密排六方晶体结构，独立的滑移系少，其室温强度和塑性均较低。前期研究表明[Zhenget al. Acta Mater. 198 (2020) 35]，通过晶粒细化可实现纯镁室温强度和塑性的协同提高，不过当晶粒尺寸细化到超细晶范畴（d＜1μm）时，其强度显著降低但是塑性大幅提高至60%以上，展现出独特的力学行为。
为了进一步澄清超细晶纯镁的塑性变形行为，来自北京航空航天大学、日本原子能研究机构、京都大学和大阪大学的研究人员利用先进的原位中子衍射和电子显微分析技术，系统研究了块体超细晶纯镁在室温和液氮温度下的准静态拉伸变形行为。
研究结果表明，超细晶样品在室温变形过程中几乎没有位错的累积，即使拉伸变形60%后依然能观察到再结晶程度很高的等轴超细晶组织。与之相反，超细晶样品在液氮温度下展现出极高的屈服强度（309MPa）和抗拉强度（380MPa）。室温下的软化现象消失，超细晶样品的屈服强度在液氮温度下重新回归Hall-Petch线性关系。进一步的中子衍射谱解析和微观组织分析表明，液氮温度下导致材料软化的晶界滑移机制被抑制，孪晶和大量非基面滑移系被激活，赋予材料较高的屈服强度和加工硬化能力。不过值得指出的是，超细晶纯镁在液氮温度下的塑性较低（断裂伸长率仅5%）。未来，通过合理的合金化设计有望改善晶界强度及其宏观塑性，为镁合金在低温环境服役提供理论依据。
金属研究总是伴随危险
比如金属3D打印
4月20日，中南大学材料科学与工程学院发生一起爆燃事故，一名博士研究生受伤。而此次中南大学发生的痛心事件让我们对3D打印相关的实验安全性敲响了警钟，无论对于制粉还是3D打印工艺实验相关。2013年，美国马萨诸塞州沃本市的 Powderpart Inc. 公司发生金属粉尘爆炸，一名当时独自在工厂工作的工人被三度烧伤，现场至少有一台使用可燃金属粉末的3D打印机。除此之外，国内也出现过与金属3D打印相关的危险事件。
3D打印的重要材料——钛和铝等均是活泼金属，这些材料可燃，因此会像粉尘一样爆炸。钛和铝的燃烧速度也非常快，并会产生极高的温度和压力，因此需要格外小心。与粉尘相关的危害程度在很大程度上取决于相关材料的数量及其在该数量下的行为。粉尘爆炸是由悬浮在封闭空间中的颗粒快速燃烧引起的。当这些颗粒与火花、明火、过热的表面或机器放电接触时，就会发生爆炸。
金属3D打印的从业人员要考虑所使用的集尘器或吸尘器中混合的材料，会不会引发铝热反应，是否配备了D类灭火器等等。实际上，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。
金属3D打印保护
安全刻不容缓
金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。
（大型金属3D打印手套箱）
3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。
金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。
（大型金属3D打印手套箱）
技术优势
●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。
●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。
●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。
●人性化专业化设计，箱体外形美观，箱体上大型门的密封性极好，开启方便简单。
●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。
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