纳米TiB₂改性AlSi10Mg合金

抗疲劳性能翻倍

区别于传统高强铝合金，该合金通过增材制造引入三维双相胞状纳米结构，从源头抑制疲劳裂纹萌生，实现了与抗拉强度相当的疲劳极限。

Dan, Chengyi · Cui, Yuchi · 吴一 · 陈哲 · Liu, Hui · Xiao, Yakai · 陈汉 · 王明亮 · 刘君 · 王磊 · 杨立 · 周瑛 · Ma, Siming · 施奇伟 · 王浩伟 · Lu, Jian · 黎阳

Nature Materials 2023

技术优势

裂纹被纳米笼锁死

三维双相胞状纳米结构形成贯穿晶粒内部的连续纳米笼，阻止局部损伤累积，从根本上抑制疲劳裂纹萌生。

疲劳强度追平抗拉强度

去除打印缺陷后的微试样中，本征疲劳极限经测试已达到抗拉强度水平，意味着裂纹一旦被抑制，铝合金的抗拉潜力可被充分转化为抗疲劳能力。

打印块体疲劳翻倍

在实际打印的块体试样中，疲劳抗力超过其他增材制造铝合金的两倍，并超越了高强度变形铝合金，证明纳米结构强化在含工艺缺陷的条件下仍高度有效。

应用场景

• 轻量化结构件：替代高强变形铝合金，在反复交变载荷下寿命翻倍，且打印即可成形，省去锻造和焊接。
• 航空航天铝合金部件：用于机翼肋、起落架支架等结构，疲劳强度与抗拉强度相当，打破传统铝合金焊接-热处理带来的强度与抗疲劳折衷。
• 抗疲劳机械部件：制造曲轴、连杆等循环应力件，纳米笼结构从源头抑制裂纹萌生，大幅延长大修间隔。
• 增材制造专用材料：作为一种增材制造专用合金粉末，直接用于激光粉末床熔融，打印后无需复杂后处理即可获得超高疲劳性能。