40年來重大突破!成大洪飛義教授發表鋁合金粉末燒結技術

鋁粉易燃又製造不易,40年來全球鋁合金粉末一直無法有效導入粉末冶金產業應用。國立成功大學材料系特聘教授洪飛義團隊鑽研4年,終於建立領先全球的鋁合金粉末燒結技術,開發出高強度且耐海水腐蝕的鋁合金粉末暨燒結技術,未來可望延伸應用電動車輛與船舶科技工程。

鋁合金粉末具輕質特性,在運輸工具輕量化上扮演要角。目前已大量應用在航空、汽車、機械製造、船舶工業。洪飛義表示,成大建立的鋁合金粉末燒結體,除了鋁元素之外,也含有鎳元素、銅元素,這讓鋁合金粉末冶金工件的材料強度與耐海水腐蝕能力堪稱世界第一。洪飛義也指出,目前相關數據預計11月發表在國際重要期刊Powder Metallurgy,團隊也正積極評估其他系列的鋁合金粉末冶金製程。

從細微的金屬粉末到具體成型且堅固耐用的金屬工件,鋁粉需先經過壓胚成型,將粉末壓成或長、或短的金屬零件,再透過粉末燒結,加強零件的硬度與完成定型。「光是有鋁合金粉末是不夠的」,洪飛義說,台灣的鋁粉幾乎仰賴進口,無法客製化。高性能鋁鎳銅合金粉末,俱備優異的高溫機械強度,但卻製造不易。

本次研究,洪飛義團隊先是與台南金屬粉末製造大廠圓融公司合作,開發高強度又抗腐蝕的鋁合金粉末,跨出研究第一步。「粉末壓胚好比米飯揉壓成三角飯糰,透過烘烤可讓飯糰更為緊實成型」。洪飛義解釋,要在金屬專業領域具有重大突破,仍需突破4項材料門檻才有機會成功。因此,團隊與業界產學合作,攜手並進。

洪飛義指出,鋁合金粉末表面有氧化皮膜,無法使用傳統燒結方法。另外,鋁合金粉體黏結性低,胚料強度低,也會導致燒結效果差。再來,鋁合金粉末燒結容易造成偏析而脆化。燒結完成後,仍需進行特殊熱處理製程,才有可能使零件具有高強度與耐腐蝕性等特質。

粉末燒結前,為取得鋁合金粉末壓胚,成大團隊委託苗栗旭宏公司協助鋁合金粉末壓胚,再由團隊研究員趙俊任博士與研究生繆梓峰共同設計新燒結條件,降低氧含量與改善燒結溫度,並找到合適的熱處理參數,一一突破所有的技術門檻,進行燒結與熱處理,最終建立領先全球的鋁合金粉末燒結技術。