香港
筆者注意到，來自香港城市大學呂堅院士團隊、北科大、南科大的聯合團隊，于日前開發出了一種新型3D打印鋁合金。
它的特殊之處在于，在常溫-400℃的寬域溫度范圍內，該合金的極限拉伸強度，均要高于當前常見的其他3D打印鋁合金以及傳統鑄造和鍛造合金。
研究人員將其描述為，兼具高強度、高韌性、高耐溫的特點。
??新型鋁合金具備低成本和綠色屬性
該新型鋁合金的化學成分為Al-7.44Si-2.34Fe-1.79Mn-1.12Ni，不包含稀土元素，使其成本較低。
研究人員指出，他們開發了一種簡便且經濟可行的策略，利用可回收鋁合金中常見的雜質元素（Si、Fe、Ni和Mn），就可以開發出這種材料。這也使這款鋁合金增加了綠色屬性，使其具備了優先被3C電子行業應用的潛質。
??新型鋁合金性能突出
采用優化工藝的打印樣品致密度可以達到99.99%，體現出優異的可打印性。
材料在高溫下的組織演變會直接影響性能。研究人員對200°C、300°C和400°C條件下材料的相組成進行了研究。
發現該鋁合金在低于300°C時，微觀結構基本保持不變；而在400°C暴露168小時后，晶粒僅有細微變化。與之相對比的AlSi10Mg，組織結構出現了明顯變化。
可以預測，這種新材料具有高溫下的熱穩定性，進一步的力學測試證明了這一觀點。
在25°C時，其屈服強度約440MPa，極限拉伸強度約582MPa，且斷裂伸長率為7.2%。這種優異的強度、延展性平衡特點，與鍛造7xxx系鋁合金相當，并且超過了大多數3D打印鋁合金。
研究給出的該合金在寬域溫度范圍內的極限拉伸強度具有明顯的視覺沖擊力，其數據完全覆蓋了助力鋁合金在各溫度段的強度值。
在200℃時，其極限拉伸強度約400Mpa；在300°C下為263MPa，而多數鋁合金的在該溫度下的強度不超過200Mpa；即使在400°C下，它的抗拉強度也能達到114Mpa，略低于其他耐熱鋁合金在300°C的強度。
可以看出，與此前報道的L PBF工藝3D打印的高強度鋁合金及傳統工藝相比，這種新開發的鋁合金在室溫和高溫下，均表現出明顯優越的機械性能。
NASA與Elementum 3D開發的3D打印鋁合金噴嘴
單憑這一點，該新型鋁合金的性能就已經非常突出。
研究人員還對材料的高溫蠕變行為進行了研究。在400°C、25-40 Mpa的應力下進行拉伸測試，與此前報道的鋁合金相比，這種耐熱鋁合金表現出低穩態蠕變率，展現出更優越的抗蠕變能力。
但研究同時也指出，這種新材料的抗蠕變能力可能不如某些鑄造合金，如AlCuMgAgSc，但后者通常依賴昂貴的元素。相比之下，港城大研發的這種新材料在寬域溫度范圍內提供了可靠的性能，而且不需要后熱處理，這也顯示出這種新材料的獨特優勢。
??潛在應用分析
研究還給出了這種新型鋁合金的應用前景分析，通過打印的拓撲優化薄壁燃燒室殼體，證明它可以用于航空航天發動機或能源動力領域。如果你認為鋁合金不能用于發動機制造，那么NASA在2023年就成功測試一款3D打印的鋁合金發動機噴管。
另一個展示的部件是渦輪增壓器葉輪和閥體，前者是汽車或航空發動機的典型高溫選擇部件，工作溫度可達200-300°C以上，要求材料具有高溫強度、抗蠕變和抗疲勞的性能。閥體應用則證明該材料適用于對復雜流道和輕量化有要求的工業部件。
而且，這種合金不僅性能優異，而且可打印性強、成本低。
鋁合金作為關鍵的結構材料對于輕量化應用至關重要。但工業用鋁合金在300-400℃的高溫下耐熱性和臨界強度低，限制了其應用范圍。這一新開發的鋁合金在保持優秀的常溫和高溫機械性能外，兼具輕量化屬性，為開發適用于熱機械環境的高性能部件提供了新的選擇。
實際上，研究明確說明由他們開發的先進鋁合金已經實現了商業化，在海洋工程和航空航天系統等領域已經得到應用。
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