研究机构:卡内基梅隆大学(联合麻省理工学院)
研究人员:Mohadeseh Taheri-Mousavi(助理教授)、Benjamin Glaser(博士生)
核心研究内容:
1.新型合金体系设计
成分创新:开发Al-Ni-Er-Zr-Y五元铝合金体系,通过快速凝固析出亚稳相提升强度
性能突破:
高温场景:保持基准可打印铝合金95%强度,预期净成本降低15%
常温场景:匹配传统合金强度,成本降低80%(对比钛合金Ti-64成本减半)
技术支撑:
结合CALPHAD(高通量相图计算)与ICME(集成计算材料工程)框架引入机器学习加速成分-工艺-结构-性能关系探索
2.增材制造技术应用
工艺优势:激光增材制造实现10^5–10^8 K/s超高冷却速率,形成独特纳米级析出相
微观调控:通过快速凝固抑制平衡相生成,定向调控L12-Al3Er/Zr/Y强化相
3.应用场景拓展
面向内燃机活塞(耐高温)、喷气发动机叶片(轻量化)、真空泵组件(高强耐蚀)
替代传统钛合金,解决钛合金重量高(密度超铝60%)、不可加工性及成本倍增问题
技术亮点:
可持续性突破:合金设计集成成本/碳排放核算模型,单件生产能耗降低30%
工业兼容性:适配现有激光粉末床熔融(LPBF)设备,无需新增制造产线
原文链接:Benjamin Glaser et al, Computational design of additively manufacturable, cost-effective, high-strength aluminum alloys exploiting rapid solidification, Journal of the Mechanics and Physics of Solids (2025). DOI: 10.1016/j.jmps.2025.106120