橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）发布了用于高温增材制造（3D打印）的新型铝合金——DuAlumin-3D。该材料可在400°C下保持机械性能，密度达99.9%，在350°C下具有优异疲劳强度。与钛合金相比，DuAlumin-3D重量减半，热导率提升近6倍。ORNL表示，这一合金将重新定义高性能汽车和航空航天部件的制造标准。
DuAlumin-3D仅用三年便从实验室走向应用，而传统航空航天铝合金的研发通常需要十年以上。其成分设计以铝为基，加入铈（Ce）、镍（Ni）、锆（Zr）等元素，旨在通过析出纳米相解决增材制造中的热裂问题。ORNL指出，该合金在打印过程中自发形成高密度纳米级强化相（如Al11Ce3、Al3Zr），有效抑制凝固裂纹，从而确保复杂形状部件的可制造性。
材料性能与技术突破
DuAlumin-3D的核心优势在于其高温性能。常规高强度铝合金在300°C以上即明显软化，而DuAlumin-3D可在400°C下保持稳定。其99.9%的致密度几乎消除了内部缺陷，350°C下的疲劳强度亦十分突出。这些特性得益于合金在快速凝固过程中析出的纳米级Al11Ce3和Al3Zr等强化相，它们能有效阻碍高温位错运动。ORNL利用快速X射线断层扫描、先进电子显微镜和力学测试对合金进行了全面表征，验证了纳米相的均匀分布及其对力学性能的贡献。
在打印工艺方面，DuAlumin-3D对激光粉末床熔融（LPBF）工艺适应性良好，无需特殊预热即可避免开裂。这打破了传统高强度铝合金因凝固裂纹而难以用于增材制造的局限，使得拓扑优化、薄壁等复杂结构的设计可被直接制造。合金的粉末流动性好，进一步降低了打印门槛。
应用前景与节能效益
在汽车领域，ORNL已将DuAlumin-3D用于低质量高效率中型卡车发动机，并成功3D打印了全尺寸原型活塞。相比传统铝合金，DuAlumin-3D可使发动机峰值气缸温度提升50–100°C，结合增材制造的设计自由度，发动机热效率可提高最高达10%。这一提升对商用车队而言意义重大，可直接转化为燃油消耗的减少。
在航空领域，DuAlumin-3D的低密度和高热导率使其成为钛合金热交换器的理想替代方案。ORNL测算，如用于一架商用飞机的热交换器，可减重数百磅；按全球商用机队计算，每年可节约超5000万加仑燃油（约1.2亿美元，合8.64亿元人民币）。加之材料成本低于钛、镍基合金，DuAlumin-3D能在苛刻工况部件中大规模替代现有昂贵材料。ORNL认为，该合金的批量应用将显著降低航空业的碳排放和运营成本。
名词解释：
增材制造（Additive Manufacturing，AM）： 即3D打印，通过逐层堆积材料制造三维物体。该技术能实现传统减材工艺难以完成的复杂结构，且材料利用率高。
纳米强化相： 指材料中弥散分布的纳米尺度第二相颗粒。在高温合金中，这些粒子可钉扎位错，有效提升材料的高温强度和抗蠕变性能。
激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion，LPBF）： 主流的金属3D打印工艺，利用激光扫描金属粉末使其选择性熔化凝固，层层堆积成型。DuAlumin-3D已证实与该工艺相容。
本文参考来源：TCT Magazine
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