2025年12月21日，日本名古屋大学的研究人员利用金属 3D 打印技术，开发出一系列新型铝合金材料，这些铝合金经过优化，具有高强度和耐热性，目标应用领域为汽车和航空航天领域。
铝材虽然轻便且强度高，但通常会在高温下失去强度，这限制了在发动机、涡轮机和其他高温部件中的应用。新型合金采用低成本、储量丰富的元素，并且设计便于回收利用，其中一种合金在 300°C 的高温下仍能保持强度和柔韧性。名古屋大学工程研究生院教授、研究的主要作者高田直树解释说：“材料设计以铁元素为中心，冶金学家通常不会在铝中添加铁，因为这会使金属变脆，容易腐蚀。”
△名古屋大学的高田直树（左）是该项目的首席研究员，而资深作者、爱知县产业技术中心主任加藤正树则是项目的另一位负责人。图片由名古屋大学提供。
利用3D打印重新定义铝材设计
研究团队利用激光粉末床熔融技术，使熔融金属在几秒钟内凝固。高田说：“快速冷却将铁和其他元素以在常规制造条件下无法形成的方式（形成亚稳相）捕获。”通过精心选择其他元素，研究人员制造出了既耐热又坚固的合金。研究团队采用系统的方法，预测了哪些元素能够增强铝基体并形成保护性的微纳米结构。其中最成功的合金是Al-Fe-Mn-Ti，它由铝、铁、锰和钛组成，兼具高温强度和室温柔韧性，性能优于其他3D打印铝材料。
高田指出：“我们的方法基于已有的科学原理，即元素在3D打印快速凝固过程中的行为方式，并且适用于其他金属。这些合金也比传统的高强度铝更容易进行3D打印，后者在制造过程中经常出现裂纹或翘曲。”
△3D打印后铝合金的微观结构图。第一行：金属逐层熔化和凝固的过程。第二行：影响强度的内部晶粒结构。第三行：金属内部的微小颗粒，有助于增强强度。第四行：边缘处类似的颗粒，影响材料在应力下的性能。图片来自名古屋大学
应用领域：轻型车辆和耐热航空航天部件
研究人员表示，这种新型合金可用于制造汽车和航空航天系统中高温运行的轻质铝制部件，例如压缩机转子和涡轮机部件。更轻的车辆有利于提高燃油效率和降低排放，而飞机发动机则需要兼具轻量化和耐热性的材料。除了具体的组件之外，这项研究还为设计适合 3D 打印的金属提供了一个框架，有可能加速多个行业的材料开发。
△用于3D打印新型铝合金的精细金属粉末。图片来自名古屋大学。
铝增材制造技术的进步
这一发展反映了铝增材制造领域旨在提升各行业材料性能的更广泛趋势。2025年年9月，美国能源部国家科学实验室橡树岭国家实验室（ORNL）对一种新型铝合金DuAlumin-3D进行了测试，这种合金可用于高温汽车零部件，展现了其在增材制造领域的潜在应用价值。研究表明，DuAlumin-3D的性能优于一些在激光粉末床熔融过程中容易开裂的传统铝合金，同时保持了相当的热性能。预计这将对轻量化和燃油效率的提升产生积极影响。
此外，铝材料技术公司（AMT）还与伯明翰大学合作，探索一种名为A20X的3D打印铝合金的冶金特性。合作项目重点研究激光粉末床熔融（LPBF）和直接能量沉积（DED）技术，并考察了成分变化、热处理以及增材制造工艺参数。A20X以其各向同性特性而闻名，是一种高强度铝铜合金，广泛应用于航空航天和赛车运动领域。
来源：南极熊
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