香港
笔者注意到，来自香港城市大学吕坚院士团队、北科大、南科大的联合团队，于日前开发出了一种新型3D打印铝合金。
它的特殊之处在于，在常温-400℃的宽域温度范围内，该合金的极限拉伸强度，均要高于当前常见的其他3D打印铝合金以及传统铸造和锻造合金。
研究人员将其描述为，兼具高强度、高韧性、高耐温的特点。
➡️新型铝合金具备低成本和绿色属性
该新型铝合金的化学成分为Al-7.44Si-2.34Fe-1.79Mn-1.12Ni，不包含稀土元素，使其成本较低。
研究人员指出，他们开发了一种简便且经济可行的策略，利用可回收铝合金中常见的杂质元素（Si、Fe、Ni和Mn），就可以开发出这种材料。这也使这款铝合金增加了绿色属性，使其具备了优先被3C电子行业应用的潜质。
➡️新型铝合金性能突出
采用优化工艺的打印样品致密度可以达到99.99%，体现出优异的可打印性。
材料在高温下的组织演变会直接影响性能。研究人员对200°C、300°C和400°C条件下材料的相组成进行了研究。
发现该铝合金在低于300°C时，微观结构基本保持不变；而在400°C暴露168小时后，晶粒仅有细微变化。与之相对比的AlSi10Mg，组织结构出现了明显变化。
可以预测，这种新材料具有高温下的热稳定性，进一步的力学测试证明了这一观点。
在25°C时，其屈服强度约440MPa，极限拉伸强度约582MPa，且断裂伸长率为7.2%。这种优异的强度、延展性平衡特点，与锻造7xxx系铝合金相当，并且超过了大多数3D打印铝合金。
研究给出的该合金在宽域温度范围内的极限拉伸强度具有明显的视觉冲击力，其数据完全覆盖了助力铝合金在各温度段的强度值。
在200℃时，其极限拉伸强度约400Mpa；在300°C下为263MPa，而多数铝合金的在该温度下的强度不超过200Mpa；即使在400°C下，它的抗拉强度也能达到114Mpa，略低于其他耐热铝合金在300°C的强度。
可以看出，与此前报道的L PBF工艺3D打印的高强度铝合金及传统工艺相比，这种新开发的铝合金在室温和高温下，均表现出明显优越的机械性能。
NASA与Elementum 3D开发的3D打印铝合金喷嘴
单凭这一点，该新型铝合金的性能就已经非常突出。
研究人员还对材料的高温蠕变行为进行了研究。在400°C、25-40 Mpa的应力下进行拉伸测试，与此前报道的铝合金相比，这种耐热铝合金表现出低稳态蠕变率，展现出更优越的抗蠕变能力。
但研究同时也指出，这种新材料的抗蠕变能力可能不如某些铸造合金，如AlCuMgAgSc，但后者通常依赖昂贵的元素。相比之下，港城大研发的这种新材料在宽域温度范围内提供了可靠的性能，而且不需要后热处理，这也显示出这种新材料的独特优势。
➡️潜在应用分析
研究还给出了这种新型铝合金的应用前景分析，通过打印的拓扑优化薄壁燃烧室壳体，证明它可以用于航空航天发动机或能源动力领域。如果你认为铝合金不能用于发动机制造，那么NASA在2023年就成功测试一款3D打印的铝合金发动机喷管。
另一个展示的部件是涡轮增压器叶轮和阀体，前者是汽车或航空发动机的典型高温选择部件，工作温度可达200-300°C以上，要求材料具有高温强度、抗蠕变和抗疲劳的性能。阀体应用则证明该材料适用于对复杂流道和轻量化有要求的工业部件。
而且，这种合金不仅性能优异，而且可打印性强、成本低。
铝合金作为关键的结构材料对于轻量化应用至关重要。但工业用铝合金在300-400℃的高温下耐热性和临界强度低，限制了其应用范围。这一新开发的铝合金在保持优秀的常温和高温机械性能外，兼具轻量化属性，为开发适用于热机械环境的高性能部件提供了新的选择。
实际上，研究明确说明由他们开发的先进铝合金已经实现了商业化，在海洋工程和航空航天系统等领域已经得到应用。
注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。
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