传统耐热铝合金多依赖Sc、Ag等贵重稀土元素，且需要复杂后续热处理，成本高、难以适配增材制造近净成形优势。增材制造快速凝固特性适合引入纳米强化相，但缺乏适配的低成本合金体系设计思路。
本研究由香港城市大学团队、南方科技大学团队为核心，联合北京科技大学、江西宝航先进材料有限公司、中航制造技术研究院等产学研单位共同完成，以《Strong yet ductile heat-resistant aluminum alloy by additive manufacturing》为题发表在著名期刊《Nature Communications》上。
题译:《增材制造制备高强高韧耐热铝合金》
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-71926-7
No2.研究背景
1.应用需求：铝合金是轻量化核心结构材料，高比强、资源储量丰富，但现有商用合金300~400℃下强化相易粗化失效，无法满足高端装备高温服役需求。
2.现有瓶颈：传统耐热铝合金要么依赖贵重元素成本高昂，要么强化相热稳定性差、体积分数不足，难以兼顾室温强度、高温性能与成本；增材制造快速凝固特性适合引入纳米强化相，但缺乏适配的低成本合金体系设计思路。
3.研究缺口：缺乏无需贵重元素、无需后续热处理，可直接通过增材制造制备的低成本高性能耐热铝合金体系。
No3.核心研究方法
1.合金体系：采用低成本Al-Si-Fe-Mn-Ni五元体系，成分为Al-7.44Si-2.34Fe-1.79Mn-1.12Ni（wt%），不含Sc、Ag等贵重/稀土元素，可利用回收铝合金中常见杂质元素制备。
2.制备工艺：气雾化制粉，激光粉末床熔融（PBF-LB）打印，无平台预热、无后续热处理，优化参数后试样相对密度达99.99%。
3.表征测试：采用micro-CT、SEM、TEM、APT、XRD、DSC、原位加热TEM等多尺度表征方法分析微观结构与热稳定性；开展室温～400℃拉伸测试、400℃蠕变测试，结合原位TEM拉伸揭示高温变形机制。
No4.关键内容精读
图1：合金设计与微观结构
1a-b：展示PBF-LB制备工艺+胞界原位生成耐热多组元金属间化合物纳米相（HMINPs）的设计思路，利用多组元相的高热稳定性阻碍位错运动、提升强度。
1c-d：SEM显示打印态合金由300~400nm的细胞组成，TEM-EDS证实胞界富集Si、Fe、Mn、Ni元素，形成厚度约60nm的连续HMINPs网络，相体积分数约14%。
1e-g：XRD、APT、HRTEM证实HMINPs为α型Al(FeMnNi)Si五元相，与Al基体为半共格界面；400℃保温168小时无明显粗化，热稳定性远优于传统AlSi10Mg合金中的Si相。
图2：力学性能
2a：室温～400℃拉伸曲线无明显各向异性，室温下抗拉强度582MPa、延伸率7.2%，300℃抗拉强度263MPa，400℃仍保持114MPa抗拉强度。
2b：性能对比显示该合金室温、高温强度均优于绝大多数已报道的增材制造铝合金及传统铸造/变形铝合金。
2c-d：400℃下25~40MPa应力蠕变测试稳态蠕变速率远低于多数同类铝合金，蠕变性能优异，且无需贵重元素与热处理，成本优势显著。
图3：高温变形微观结构
3a-c：400℃拉伸后断口附近观察到HMINPs发生部分固态非晶化，形成非晶区与晶态HMINPs共存的特殊结构，与Al基体存在特定取向关系。
3d-f：非晶区内均匀分布尺寸小于5nm的L12型γ'-(Ni,Fe)Al超纳米析出相，形成纳米双相玻璃-晶体结构；APT证实非晶区成分与HMINPs一致，由HMINPs应变诱导转变而来，400℃下保持稳定。
图4：原位拉伸变形机制
4a-e：400℃原位TEM拉伸显示，低应变下变形由位错形核、运动、与析出相相互作用主导，裂纹沿析出相或晶界扩展；高应变下高约束块体样品中HMINPs发生部分非晶化，可耗散变形能、抑制裂纹扩展，提供额外增韧机制。
No5.结论|conclusion
1.开发了低成本耐热铝合金设计策略：利用回收铝合金常见杂质元素Si、Fe、Mn、Ni，通过PBF-LB快速凝固在胞界原位生成高体积分数α-Al(FeMnNi)Si纳米相，无需后续热处理，打印态试样相对密度达99.99%，可打印性优异。
2.综合性能突破：室温抗拉强度582MPa、延伸率7.2%，400℃抗拉强度114MPa、蠕变性能优异，密度低于3g/cm³，比强度优势显著，性能超过绝大多数已报道的增材制造铝合金。
3.揭示高温增韧新机制：300~400℃拉伸过程中，HMINPs发生应变诱导部分固态非晶化，形成“非晶+超纳米γ'相”的纳米双相结构，有效耗散变形能、阻碍裂纹扩展，实现高温下强度与塑性的协同提升。
小编评语
这项研究突破了传统耐热铝合金依赖贵重元素、需要复杂热处理的行业瓶颈，首次实现了利用回收铝合金杂质元素开发增材制造专用高性能耐热合金，成本低、工艺兼容性好、无需后续处理，目前已实现产业化应用。该合金的开发为增材制造铝合金在高温服役场景的大规模推广提供了全新的材料解决方案，有望推动轻量化结构在航空航天、船舶工程等领域的进一步普及，助力节能减排与双碳目标实现。
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