当前国内外高强铝合金种类、性能信息汇总

根据SmarTech的介绍，铝合金占金属3D打印中所有金属粉末的消耗量（按体积计算）将从2014年的5.1%逐渐提高到2026年的11.7%左右。铝合金正在追赶上钛、镍和钢等材料，成为支持增材制造下一代发展的重要机遇。本文，3D打印技术参考汇总目前已上市的3D打印高强铝合金种类及性能特点。

1. 美国休斯研究实验室7A77.60L锻造级高强3D打印铝合金

2019年10月，美国休斯研究实验室（HRL）开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料因使用锆基纳米颗粒作为成核剂，避免了7075和6061铝合金在采用激光进行打印时出现的易开裂问题，并可实现细晶粒微观结构，强度超过600 Mpa，成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。

HRL高强铝合金商业化始于2017年发表于nature的一篇关于铝合金3D打印的研究。受熔铸工艺启发，研究人员通过将纳米颗粒作为成核剂与液体金属混合来孕育晶种，从而实现在温度梯度较大和凝固速度快的非平衡条件下实现晶体精细生长，进而提高了产品的性能。在2019年商业化后，该材料已经在NASA和其他航空航天企业获得了大规模零部件的生产。

2.空客公司Scalmalloy

针对航空用铝合金零件增材制造需求，空客公司开发了世界上第一种增材制造专用高强铝合金粉末材料Scalmalloy，它是一种铝镁钪合金，室温拉伸强度（520MPa）、屈服强度（480 MPa）和延展性（延伸率13%）均表现出色，且具有耐腐蚀、微观结构稳定的特点，是一款专为增材制造而开发的材料。Scalmalloy旨在用于航空航天应用，早在2016年，空客就用这种材料3D打印了机舱隔断，成功帮助A320客机实现瘦身；同时，Scalmalloy的优异性能也使其成为赛车运动行业的首选应用材料。

传统铝合金与钛合金及Scalmalloy®性能对比

Scalmalloy®用于汽车热交换器

2.Aeromet International A20X

2019年，英国铸造公司Aeromet International推出的A20X铝合金粉末经热处理后拉伸强度为511 MPa，屈服强度440 MPa，伸长率为13%，基于该材料开发的航空散热结构件已成功替代传统采用钛合金制作的中温构件，并帮助法国某型号发动机实现瘦身。

当前高强铝合金的性能对比

（笔者逐一查询，具体成分数据上传至QQ群）

3. 长沙新材料产业研究院AlMgScZr

2019年2月，国内航天科工旗下长沙新材料产业研究院通过添加稀土元素及化学成分调整、后处理工艺摸索等手段，成功研制出了一种高强铝合金粉末材料，其室温拉伸强度535MPa，屈服强度510MPa，延伸率为12%，并获得了国内航空航天领域的应用验证。

4. 莫纳什大学Al250C

2019年8月，莫纳什大学吴鑫华院士领导的研究团队成功开发出了牌号为Al250C的高强高韧增材制造专用铝合金材料，其拉伸强度目前已超过600Mpa，屈服强度可达580MPa，延伸率11%，制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小时的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。此举受到了包括美国通用、波音、雷神、赛峰等多家航空巨头的重视。

苏州倍丰采用SLM制造的民用飞机铝合金大型复杂结构（接近800mm）

5. 中车工业研究院CRRC-HAP-1

2020年，中车工业研究院设计研发了一种新型3D打印专用高强铝合金粉末材料，并开发了相关3D打印工艺和热处理技术。该高强铝合金粉末材料经批量生产以及多轮SLM技术验证，拉伸强度稳定超过560MPa，屈服强度超过500MPa，延伸率超10%，显著优于空客公司Scalmalloy®铝合金粉末的打印性能以及其他7系锻造高强铝合金。

延伸阅读：高强铝合金相比传统铝合金更多的设计和性能优势

自此，HRL开始了探索7A77的工业应用。NASA马歇尔太空飞行中心已经开始将这种材料应用于大规模航空航天零部件的生产。HRL 还与3D打印设计和工程软件公司nTopology以及航空航天制造服务提供商Morf3D合作，开发了一项能够突出7A77传热和流动性能优势的应用——具有回旋结构的热交换器。

利用7A77铝合金的固有热导率，HRL及其合作伙伴为航空航天用户开发了一项经过专门设计的机油冷却器。在这种设计中，合金的高强度满足了关键的爆破压力要求，同时能以与常规AlSiMg合金相比更薄的壁厚实现更好的换热效果。7A77铝合金的高屈服强度使热交换器设计人员将交换器的壁厚减少了50％，有效地提高了传热性能。

由nTopology设计、Morf3D打印的7A77铝合金

回旋结构热交换器

nTopology是一家为高级制造提供下一代工程设计的软件公司，它利用计算建模平台定义了一个结构，目的是使其质量最小而表面积最大。借助强大的计算功能，nTopology能够生成比传统管壳结构表面积大146％的内抽芯结构（专业术语），通过将HRL的高强度铝合金与生成设计相结合，nTopology设计的冷却结构能够将传热率提高300％。

nTopology最终的设计结果呈现的是一种拓扑回旋换热器，可最大程度提高零件强度，并使质量最小化，性能优于其他3D打印的铝合金。该案例也揭示了高强铝合金的一大应用特点，即材料强度更高，可减少零件制造的材料用量，因此重量更轻，性能也更高。

最终的拓扑回旋换热器内部结构

美国航空航天制造服务提供商Morf3D提供了热交换器的制造。其采用EOS SLM系统进行打印，为了展现内部特征，该公司将零件切开进行了分别打印，从中可以看出内部回旋流道的复杂性。

END

总体看来，3D打印高强铝合金的种类越来越丰富。但从HRL和空客的案例来看，国外针对新材料在努力寻找应用，并针对材料特点和应用要求进行产品的重新设计和制造。到目前来说，国内还鲜有高强铝合金的应用报道。

QQ群已上传内容：HRL高强7A77铝合金详细研究资料，EOS AlSi10Mg、Scalmalloy、A20X详细数据文本以及上述材料的成分情况，吴鑫华研究团队关于高强铝合金的研究情况

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