可打印铝合金系统可以平衡航空制造业的强度和成本_热点

创始人

2025-05-13 11:58:48

　　铝合金因其较高的强度重量比和价格实惠而被广泛应用于交通运输领域。然而，在极高强度和高温应用中，尤其是在内燃机活塞、喷气发动机风扇叶片和真空泵等部件中，铝合金的使用也面临挑战。

　　在高温下，很少有铝合金能够有效地阻止位错运动，从而控制强度。此外，很少有设计考虑成本和可持续性指标，而这些指标对于高需求行业至关重要。通常用于风扇叶片的钛合金（如Ti-64）不仅重量更重、不易加工，而且价格几乎是后者的两倍。

　　增材制造（AM）技术正在迅速发展，为设计创新合金提供了新的途径。卡内基梅隆大学和麻省理工学院（MIT）的研究人员最近开展了一项研究，利用计算模拟和优化技术，确定了一种兼顾强度和成本的新型铝合金体系。

　　该研究成果发表在《固体力学与物理学杂志》上。

　　本研究提出了一种名为Al-Ni-Er-Zr-Y（铝、镍、铒、锆和钇）的铝合金，其成本/强度平衡可进行定制，使其强度达到基准可打印铝合金的95%，同时预期净成本节省15%。基于相同的框架，研究人员还构建了另一种室温设计，其强度与基准合金相当，同时成本节省80%。

　　“由于对高性能合金以及更具可持续性和更低成本材料的需求旺盛，这类铝合金的开发有可能对航空和汽车行业产生重大影响。”助理教授MohadesehTaheri-Mousavi说道，他与现任博士生BenjaminGlaser共同参与了这项研究。

　　研究人员利用基于高通量计算相图（CALPHAD）的集成计算材料工程（ICME）模拟技术，结合机器学习技术，快速探索了成分-工艺-结构-性能之间的关系，并确定了可能超越基准性能的合金。基于激光的增材制造（AM）具有更高的冷却速率，使铝合金能够快速凝固并形成新的微观结构特征。（航柯）