創新鋁合金系統：汽車產業兼顧強度與成本的新解方

鋁合金憑藉其優異的強度重量比與經濟實惠的特性，已成為交通運輸領域的熱門材料。然而，當應用於極高強度與高溫環境時，例如內燃機活塞、噴射引擎扇葉及真空泵等關鍵零件，現有鋁合金仍面臨技術瓶頸。

在高溫環境下，多數鋁合金難以有效阻擋位錯移動——這正是決定材料強度的關鍵機制。更值得關注的是，現有設計往往忽略成本效益與永續性指標，而這些因素對於需求龐大的產業至關重要。以噴射引擎扇葉常用的鈦合金Ti-64為例，不僅重量較重、加工困難，價格更高出近兩倍。

隨著積層製造技術(AM)的快速發展，材料科學家獲得開發創新合金的新途徑。卡內基美隆大學與麻省理工學院(MIT)研究團隊近期透過計算模擬與最佳化技術，成功開發出能完美平衡強度與成本的鋁合金系統，相關成果已發表於《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》。

這項研究提出Al-Ni-Er-Zr-Y（鋁-鎳-鉺-鋯-釔）新型合金系統，透過成分調整可達到標準可列印鋁合金95%的強度，同時預期降低15%成本。運用相同架構，團隊另開發出室溫環境使用的合金設計，在維持標準合金強度的前提下，更實現80%的成本節省。

參與研究的Mohadeseh Taheri-Mousavi助理教授指出：「這項突破對汽車產業意義重大，市場正迫切需要兼具高效能、永續性與成本優勢的材料。」研究團隊結合高通量CALPHAD計算與機器學習技術，透過ICME模擬快速探索成分-製程-結構-特性間的複雜關係，成功開發出超越現有標準的合金配方。

雷射積層製造技術的高冷卻速率特性，使鋁合金能快速凝固形成特殊微結構。本研究更進一步利用僅在快速凝固過程中析出的亞穩相，顯著提升材料強度，為汽車輕量化與節能減碳開創嶄新可能。

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