NIST發(fā)現(xiàn)新型晶體形式可提高3D打印金屬的強度

2025年4月10日，南極熊獲悉,，美國國家標準與技術研究院（NIST）的研究人員近日在電子顯微鏡下觀察新型鋁合金時,，發(fā)現(xiàn)了一種極為罕見的結(jié)構：準晶體。這一發(fā)現(xiàn)為提高鋁合金強度以及推動3D打印技術的發(fā)展提供了新的可能性,。相關研究成果已發(fā)表在《合金與化合物雜志》上,。

△相關研究題目為“增材制造高強度鋁合金的微觀結(jié)構特征和亞穩(wěn)態(tài)形成”（傳送門）

這種合金是在激光金屬3D打印的極端條件下形成的，表明準晶體結(jié)構的形成可能成為未來高性能3D打印部件的核心,。材料研究工程師Andrew Iams和團隊的研究表明,，這種新型鋁合金中包含的準晶體，不僅揭示了鋁合金在原子尺度上的獨特排列,，還能夠顯著提高材料的強度,。

△準晶體形成于二十面體的角上

準晶體的獨特結(jié)構與優(yōu)勢

準晶體類似于傳統(tǒng)晶體，但具有不同尋常的原子排列方式,。傳統(tǒng)晶體是由原子或分子以重復的模式構成,，而準晶體的獨特之處在于它不屬于任何常規(guī)的晶體類型，能夠形成一種永不重復的空間填充模式,。NIST的研究表明,，準晶體的這種特殊結(jié)構可以增強合金的強度，尤其是在3D打印環(huán)境下,。

△在這項研究中的鋁合金的電子顯微鏡圖像

3D打印鋁合金的挑戰(zhàn)

鋁作為一種常見的工程材料,，它的3D打印應用面臨著諸多挑戰(zhàn)。由于鋁的熔點較低,，約為700攝氏度,，而3D打印過程中的激光溫度遠高于金屬的沸點（高達2470攝氏度），這種高溫條件容易導致鋁合金出現(xiàn)裂紋,，從而影響部件的整體強度和穩(wěn)定性,。此前，研究人員通過添加鋯元素解決了鋁合金在3D打印過程中易裂的問題,，但高強度鋁合金的3D打印仍然是一項艱巨的任務,。

在此前的研究基礎上，NIST團隊進一步探索了新型鋁鋯合金的原子結(jié)構,，特別關注準晶體在增強材料強度方面的作用,。研究表明，準晶體的五重旋轉(zhuǎn)對稱性在鋁合金中顯現(xiàn),，正是這一結(jié)構的獨特性使它成為一種可以提高強度的關鍵因素,。

△這項研究為高強度3D打印鋁合金的微觀結(jié)構特征提供了新的見解，并提出了一種利用準晶體提高機械性能的新途徑

研究人員指出：“為了確保這種新型金屬能夠應用于軍用飛機部件等關鍵領域,，我們必須深入理解鋁合金中原子相互作用的機制,。”通過對準晶體結(jié)構的進一步研究,，NIST團隊為設計下一代高強度3D打印合金提供了寶貴的理論依據(jù),。

這一研究成果不僅為3D打印技術在航空航天、汽車,、能源等領域的應用開辟了新天地,，還為未來的合金設計提供了新的方向。IST研究人員總結(jié)道：“我們已經(jīng)證明準晶體能夠增強鋁的強度,。未來的合金設計或許能夠有意地利用準晶體結(jié)構,，推動3D打印技術走向更高的性能標準,。”