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0 近日，中国科学院金属研究所的马宗义、肖伯律研究员团队在《JMST》上发表了一篇论文，研究的是增材制造超高强铝合金。这个研究很重要，因为现在在航空航天和汽车工业里，用增材制造技术生产铝合金构件很有前景，但高强度铝合金很容易出现裂纹，而且目前的商业铝合金在200到450摄氏度这个温度范围里，没办法用在结构部件上，这就有了技术空白。所以，研究团队就想设计一种高性能的高温铝合金，用在激光粉末床熔化技术上，好填补传统铝合金和钛合金之间的差距。
研究团队采用激光粉末床熔化技术，制备了Al-Fe-V-Si-Sc合金。他们通过调整激光工艺参数，成功制备出了无裂纹且接近完全致密的样品。这个过程的冷却速率特别高，大约在10⁵到10⁷K/s之间，这使得合金中形成了多尺度的相。在粉末制备阶段，他们用气雾化技术制备了预合金化的Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si-0.3Sc粉末。在打印过程中，用Renishaw AM400机器来操作，还用高速摄像机监测熔池的稳定性。样品打印出来后，在325摄氏度下人工时效2小时，然后空冷。
为了研究合金的微观结构，他们用了很多先进的技术，比如光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜和原子探针断层扫描等。这些技术可以帮助他们详细了解合金内部的结构。在力学性能测试方面，他们进行了室温和高温拉伸试验，测量了硬度和屈服强度等性能指标。这些测试结果对于评估合金的性能非常重要，能够帮助他们判断这种合金是否达到了预期的设计目标。
研究结果很让人惊喜。在熔池中心形成了晶态和非晶态的复合结构，在熔池边界还形成了多种纳米级的析出相。这些结构让合金的强度大幅提升。在室温下，合金的抗拉强度达到了865 MPa，屈服强度为649 MPa，这已经是非常高的强度了。而且在20摄氏度到400摄氏度的温度范围内，合金的高温强度和热稳定性都非常好。这些性能的提升，主要是因为非晶态和晶态的协同变形、高密度的ScV原子团簇、多种析出相的协同作用，以及异质变形诱导硬化等机制共同作用的结果。
通过添加Sc元素，有效抑制了热裂纹的形成，同时提高了合金的高温性能。这个研究为高性能铝合金的设计提供了新的思路，特别是在航空航天领域的高温应用中，意义重大。通过优化激光粉末床熔化工艺参数，成功制备了无裂纹、高致密的铝合金，这为增材制造技术在复杂构件制造中的应用提供了有力支持，也为相关领域的材料研究和应用开辟了新的道路。
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