10月24日，香港城市大學官網報道了近日該校呂堅院士團隊與上海交通大學聯合研究的一項突破，他們利用先進的3D打印技術制造了出具有前所未有抗疲勞性能的鋁合金，超過了所有其他鋁合金，包括具有有限冶金缺陷的傳統高強度變形鋁合金。新的抗疲勞策略可應用于其他3D打印合金，幫助開發具有更高負載效率的輕量化組件。

研究團隊通過優化材料成分和打印工藝，制備出了具有超高疲勞強度的TiB2改性AlSi10Mg（NTD-Al合金），與其他報道的3D打印鋁合金相比，3D打印的NTD-Al合金實現了高疲勞強度。其疲勞極限高達260MPa（R=0.1）, 是其他3D打印鋁合金的兩倍，并超過了傳統鍛造鋁合金。該團隊制備的高抗疲勞3D打印鋁合金已成功應用于航空器關鍵部件，并通過整體壽命實驗。

該研究成果以“ Achiving ultrahighaviationresistance in AlSi10Mg Alloy by Additive Manufacturing”發表在《Nature Materials》雜志上。《Science》的“研究亮點”也對該研究進行了評述， 將其描述為其他合金提高抗疲勞性的一般策略。

研究小組使用微計算機斷層掃描技術研究了這種3D打印的NTD-鋁合金，并在整個樣品中發現了典型的連續共晶雙相三維網絡結構，該結構由平均直徑約為500納米的凝固微孔結構網絡組成。3D雙相蜂窩納米結構充當堅固的體積納米籠，可防止局部損壞累積，從而抑制疲勞裂紋的萌生。 

呂堅教授表示，“由于快速凝固，合金內部增材制造產生的納米共晶硅（Si）的三維網絡可以阻止位錯運動，從而抑制疲勞裂紋的萌生。通過工藝優化控制缺陷，大塊NTD-鋁合金的疲勞極限優于所有其他現有鋁合金。”

在一系列疲勞測試中，研究團隊發現，3D打印的塊體NTD-鋁合金的抗疲勞強度達到260MPa，是其他增材制造鋁合金的兩倍多。大塊NTD-鋁合金的高疲勞強度極限超過了所有其他鋁合金，包括具有有限冶金缺陷的傳統高強度變形鋁合金。

NTD-鋁合金已應用于制造大型薄壁結構原型，包括高疲勞強度的飛機發動機風扇葉片，并成功通過了合格的疲勞試驗。 “這些發現表明我們的合金對于疲勞性能是關鍵設計標準的行業所需的輕質結構具有潛在的適用性。我們的合金可以通過提高動態部件的負載效率來幫助減輕重量。”

結合3D打印的優勢，這一最新發現將推動現代工業的輕量化設計并減少碳排放。同樣的策略也可以用于其他材料，以幫助解決金屬增材制造中的疲勞失效挑戰。該研究論文以上海交通大學為第一完成單位，上海交通大學材料科學與工程學院博士后但承益、助理教授崔宇馳、高級工程師吳一和陳哲教授為共同第一作者，上海交通大學陳哲教授和香港城市大學呂堅教授為共同通訊作者。