12 月 21 日消息，长期以来，冶金学界普遍将铁视为铝合金中的“有害杂质”—— 只需极微量的铁，即可使这种以轻量化著称的金属变脆弱，进而削弱其结构强度并增加腐蚀风险。然而，日本名古屋大学的科学家借助 3D 打印技术，打破了这一传统观念。

名古屋大学本周二宣布，该校研究团队成功开发出一系列耐热、可回收的高强度铝合金，可面向汽车和航空航天等高温应用场景。研究表明，铁不再只是需要避免的污染元素，而是成为提升铝合金强度和耐热性能的关键组成部分。

▲ 3D 打印后铝合金的微观结构图

研究团队采用基于激光的 3D 制造技术，设计并制备了多种新型铝合金材料。这些材料突破了传统铝合金在高温下强度显著下降的限制，其中一种合金在高达 300 摄氏度的条件下，仍能保持较高强度和良好延展性。相关材料被定位用于汽车发动机、航空发动机和涡轮等高温工作部件。

▲ 用于 3D 打印新型铝合金的精细金属粉末

该研究的核心在于一种全新的合金设计思路，即将铁与锰、钛等元素共同引入铝合金体系。名古屋大学工学研究科教授、本研究第一作者高田直树指出，冶金学界通常避免在铝中加入铁，因为铁会使金属变脆并更易腐蚀，而此次研究正是围绕这一被“有害”元素展开。

关键在于利用激光粉末床熔融 3D 打印技术固有的极快冷却速度 —— 该工艺利用高能激光将金属粉末逐层熔化。它导致熔融金属在数秒内凝固，这种极快的速度至关重要。

研究人员指出，正是这种“瞬间凝固”的条件，使熔融金属中的铁及其他元素被“锁定”在常规制造条件下难以形成的排列结构（即亚稳相）中。这意味着，通常导致材料弱化的含铁结构无法形成，从而允许新的、具有强化作用的微观或纳米结构得以形成。借助这一机制，研究团队成功制备出在高温环境下依然保持高强度和稳定性的铝合金材料。

在研究过程中，团队还建立了一套系统化的方法，用于预测哪些元素组合有助于增强铝合金性能，以及哪些组合能够形成具有保护作用的微观结构。实验结果显示，由铝、铁、锰和钛组成的合金体系（Al-Fe-Mn-Ti）表现最为突出。该合金不仅在室温下具备较高强度，在 300 摄氏度的高温条件下仍能保持出色的强度和显著的柔韧性，这一结果已通过电子显微技术得到验证。

研究人员表示，这些新型合金采用的均为成本较低且储量丰富的元素，并在设计之初即考虑了回收利用的可行性，以应对高能耗制造行业的可持续发展需求。同时，与传统高强度铝合金相比，这些新材料在 3D 打印过程中表现出更好的成形性，降低了开裂等制造缺陷的风险。

高田直树指出，该方法基于金属在快速凝固过程中的既有科学原理，不仅适用于铝合金，也有望推广至其他金属体系。研究团队认为，这一成果为面向 3D 打印工艺开发新型金属材料提供了系统性的设计框架。

相关研究成果已于 12 月 15 日发表在《自然・通讯》上。IT之家附论文地址：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-67281-8