中国团队颠覆3D打印极限！室温 865MPa、耐 400℃ 铝合金诞生

        中国科学家突破 3D 打印铝合金极限，打造超高强度耐热新材料！近日，中国科学院金属研究所团队在《材料科学与技术》期刊发表重磅研究成果，宣布通过激光粉末床融合（ LPBF ，即金属 3D 打印）技术成功制备出一种名为 Al-Fe-V-Si-Sc 的新型铝合金。该材料不仅室温下抗拉强度高达 865 兆帕，更在 400 ℃高温下仍保持优异性能，填补了传统铝合金在 200-450 ℃温区的技术空白，为航空航天及汽车工业轻量化发展提供了全新解决方案。

技术突破：微合金设计与激光打印协同发力
         研究团队创新性地在 Al-Fe-V-Si 合金中添加微量钪（ Sc ）元素，并利用 LPBF 技术超高速冷却（达 10⁷ K/s ）的特性，成功抑制了材料在打印过程中常见的热裂纹缺陷。通过优化激光功率、扫描速度等参数，团队实现了 99.9% 的致密度，攻克了高强铝合金 3D 打印易开裂的行业难题。微观结构分析显示，材料内部形成了独特的 “非晶 / 晶体复合结构”：熔池中心因极速冷却形成非晶态带状网络，边界则分布着 Al8Fe2Si、Al10V 等多种纳米级析出相。
钪元素的加入进一步促使 Al3Sc 界面相生成，有效阻止高温下纳米颗粒的粗化，使材料兼具超高强度和热稳定性。
性能卓越：室温至高温全面领先
      实验数据显示，该合金室温下抗拉强度高达 865 兆帕、硬度达 360 HV ，抗拉强度较现有 3D 打印铝合金提升约 30% ，且高温性能表现尤为突出—— 400 ℃时仍保有 450 兆帕的抗拉强度，远超传统铝合金及部分钛合金。这种多尺度相协同强化的设计思路，为未来高性能增材制造材料开发提供了新范式。
应用前景：复杂构件一体化成型
       研究还展示了该合金在复杂格栅结构零件制造中的潜力。由于 LPBF 技术可实现材料-结构-性能一体化成型，该合金有望直接用于发动机耐热部件、航天器轻量化支架等关键领域，大幅降低加工成本并提升设计自由度。 
目前，正进一步探索该合金的规模化制备工艺及长期热稳定性验证。此项突破不仅推动了铝合金在极端环境下的应用边界，更为我国高端装备制造提供了自主可控的材料技术储备。
主要附图

AMLetters 点评

1. 三项关键技术突破： 

非晶 / 晶体复合结构： 激光粉末床融合（ LPBF ）的极速冷却（ 10 ⁷ K/s ）使熔池中心形成非晶态网络，通过阻碍位错运动提升强度。 

多尺度析出相协同强化： 熔池边界分布的Al₈Fe₂Si、Al₁₀V等纳米析出相(10-100 nm)通过奥罗万机制强化基体，而Al₃Sc 界面相抑制高温下颗粒粗化。 

钪元素的晶界调控： Sc 元素细化晶粒并钉扎晶界，显著降低热裂纹敏感性。

启示： 3D 打印的非平衡加工特性成为解锁材料性能的关键，而非传统认知中的“工艺缺陷”。

2. 工程化应用的潜在挑战

尽管实验室数据亮眼，大规模应用仍需解决以下问题：

成本瓶颈： 钪（ Sc ）作为稀有金属，价格高昂（约 1.5 万元 / 公斤），亟需开发低成本替代方案或回收技术。

工艺稳定性： 实验室级参数（如激光功率 275 W 、扫描速度 1600 mm/s ）在量产中易受粉末流动性、设备波动影响，致密度可能下降。

长期热稳定性： 400 ℃下短期强度优异，但航空发动机等场景需验证 5000 小时以上的高温耐久性，目前数据尚未覆盖。 

思考：这与高温合金、碳纤维等材料的产业化路径相似 ——从实验室到工程化，往往需要跨越“最后一公里”的技术鸿沟。

3. 技术颠覆性与行业影响

设计自由度提升： LPBF 允许在零件内部定向调控非晶 / 纳米相分布，未来或实现“应力集中区强化 + 轻量化区域减薄”的一体化设计。

替代钛合金的潜力： 若该合金替代航空钛合金部件，可减重 20%-30% ，仅燃油效率提升一项，单架客机年省成本超百万美元。

国产化意义： 我国 部分高端材料 长期依赖进口， 近年来借助国内增材制造技术的快速发展，部分领域有弯道超车之势，该材料就是一个典型案例， 此项技术突破为航天、核电等领域提供了自主可控的新选项。