NIST發現新型晶體形式可提高3D打印金屬的強度
2025年4月10日，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，發現了一種極為罕見的結構：準晶體。這一發現為提高鋁合金強度以及推動3D打印技術的發展提供了新的可能性。相關研究成果已發表在《合金與化合物雜志》上。
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。
準晶體的獨特結構與優勢
準晶體類似于傳統晶體，但具有不同尋常的原子排列方式。傳統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構可以增強合金的強度，尤其是在3D打印環境下。
3D打印鋁合金的挑戰
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。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裂紋，從而影響部件的整體強度和穩定性。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，準晶體的五重旋轉對稱性在鋁合金中顯現，正是這一結構的獨特性使它成為一種可以提高強度的關鍵因素。
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。
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研究人員總結道：“我們已經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構，推動3D打印技術走向更高的性能標準。”
(責任編輯：admin)
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