Từ lâu, các nhà luyện kim đã coi sắt trong nhôm như một "lời nguyền". Chỉ một lượng nhỏ sắt cũng có thể khiến kim loại nhẹ quý giá này trở nên giòn, dẫn đến suy yếu cấu trúc và ăn mòn.
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Nagoya ở Nhật Bản đã "phá vỡ truyền thống cũ kỹ" này nhờ công nghệ in 3D để thiết kế một loạt hợp kim nhôm chịu nhiệt, độ bền cao bằng phương pháp sản xuất 3D dựa trên laser.
Cụ thể họ đã làm như thế nào?
Phá vỡ truyền thống để tạo ra hợp kim nhôm hoàn hảo
Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã phát triển một phương pháp có hệ thống để dự đoán những nguyên tố nào sẽ làm tăng cường độ bền của ma trận nhôm và những nguyên tố nào sẽ tạo thành các cấu trúc vi mô hoặc nano bảo vệ.
Họ đã kiểm tra những dự đoán này bằng cách tạo ra các hợp kim mới với đồng, mangan và titan, sau đó xác nhận kết quả thông qua kính hiển vi điện tử.
Hình ảnh hiển vi cho thấy cấu trúc nhiều lớp của một hợp kim nhôm in 3D mới. Các hoa văn dạng sóng là "vùng nóng chảy", dấu vết còn lại sau khi tia laser làm tan chảy bột kim loại từng lớp một. Các chấm đen nhỏ là các hạt nano tạo nên độ bền và khả năng chịu nhiệt vượt trội cho hợp kim này. Ảnh: Takata và cộng sự, 2025.
Hợp kim có hiệu suất tốt nhất chứa nhôm, sắt, mangan và titan (Al-Fe-Mn-Ti), và vượt trội hơn tất cả các vật liệu nhôm in 3D khác nhờ sự kết hợp giữa độ bền ở nhiệt độ cao và tính linh hoạt ở nhiệt độ phòng.
Naoki Takata, tác giả chính và giáo sư tại Trường Cao học Kỹ thuật Đại học Nagoya, cho biết: Hợp kim này mới đều sử dụng các nguyên tố giá rẻ, dồi dào và thân thiện với việc tái chế, với một biến thể vẫn giữ được cả độ bền và độ dẻo ở 300°C.
Xe nhẹ hơn, lượng khí thải ít hơn
Các vật liệu mới này có thể cho phép chế tạo các bộ phận bằng nhôm nhẹ trong các thiết bị hoạt động ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như rôto máy nén và các bộ phận tuabin. Xe nhẹ hơn sẽ tiêu thụ ít nhiên liệu hơn và thải ra ít khí thải hơn.
Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ cũng có thể được hưởng lợi, vì động cơ máy bay yêu cầu các vật liệu kết hợp giữa trọng lượng nhẹ và khả năng chịu nhiệt.
Ngoài những ứng dụng này, nghiên cứu cung cấp một khuôn khổ để thiết kế các loại kim loại mới dành riêng cho in 3D, với tiềm năng thúc đẩy sự phát triển trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
