全文2500字，阅读需5分钟。本文分享3D打印镍铝青铜合金NAB材料在海洋船舶工业领域应用及总结。
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AM易道导语：
在当今高端制造浪潮中，海洋工业正面临着前所未有的机遇与挑战。作为这一领域的关键材料，镍铝青铜（Nickel Aluminum Bronze，简称NAB）合金的制造技术正在经历一场静默的升级。3D打印技术的出现，不仅为NAB零部件的生产带来了新的可能性，更有望彻底改变整个海洋工业的制造模式。NAB合金长期以来一直是海洋及船舶工程中的首选材料。这种合金通常由铜、铝、镍和铁组成，具有以下卓越特性：优异的耐海水腐蚀性
高强度和良好的韧性
卓越的耐磨性和抗空化性能
抗菌和防污性能
优良的低温性能
阻尼能力是结构钢的两倍
这些特性使得NAB成为船舶螺旋桨、阀门、轴承等关键海洋部件的理想选择。典型的NAB合金（如C95800）成分为Cu-9Al-4Fe-4Ni-1Mn。![]()
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这种独特的成分赋予了NAB复杂而有趣的微观结构。在凝固过程中，NAB形成了由α-Cu固溶体基体和多种κ相（κI、κII、κIII和κIV）组成的结构。![]()
这些κ相的析出不仅显著提高了合金的力学性能，还保持了良好的延展性。以及还有C63000 NAB材料，也是研究的对象：![]()
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尽管NAB性能优异，但传统的铸造工艺存在诸多问题，如高成本、长周期以及难以进行现场维修等。3D打印技术的出现为解决这些问题提供了新的思路。目前，NAB合金的3D打印主要有以下几种技术路线：DED技术或利用高能激光或电子束熔化金属粉末或丝材，逐层沉积形成零件。新加坡南洋理工大学的研究（AM易道未查阅原文）表明，DED可以制造具有分层微观结构的NAB合金。这种结构包括微观尺度的细胞结构、亚微观尺度的晶粒、以及纳米尺度的变形孪晶和析出相。![]()
研究发现，DED制造的NAB合金含有马氏体β*相（伴随Fe3Al析出物）和魏氏体α相（伴随NiAl析出物）。DED制造的NAB合金屈服强度可达593-713 MPa，比铸造件高出160%。最高抗拉强度可达950 MPa，同时保持10-12%的延伸率。 冷喷涂增材制造技术是另一种前景广阔的NAB 3D打印方法。这种技术利用压缩空气将金属粉末加速到超音速，通过粒子的动能使其结合在基板上。冷喷涂3D打印的一个重要优势是它避免了传统熔融3D打印中的高温问题，从而最大限度地减少了残余应力、裂纹和变形的风险。据公开信息，澳大利亚SPEE3D公司在这一领域取得了重大突破，开发了两种NAB粉末材料：
C958系 NAB：为美国海军系统司令部（NAVSEA）专门开发，需要结合传统热处理和热等静压（HIP）处理，以确保零件无缺陷并符合严格的性能要求。
商用级NAB：不需要HIP处理，提供了更加经济实惠的解决方案。它的抗拉强度可达390MPa，完全能够满足大多数海洋工程应用的需求。
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SPEE3D还开发了可移动制造单元（Expeditionary Manufacturing Unit，EMU），这种移动式制造设备可以在船上、港口甚至前线基地进行现场制造和维修，大大提高了NAB零件的供应灵活性。
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前文提到的C95800 NAB的研究发现，在低温条件下使用WAAM技术制造NAB合金是可行的。样品展现出优秀的层间结合，没有明显缺陷，而且重复加热并未导致微观结构的显著恶化。研究人员还指出，在500-600°C范围内进行热处理可能会增加细小κIV相的体积分数，从而进一步提高WAAM-NAB的强度水平。以前文提到的C63000NAB电弧打印为例，对于WAAMNAB，无论类型如何，平均拉伸强度为727 MPa，平均屈服强度为408 MPa，平均伸长率为26.4％。与铸造NAB材料相比，WAAM制造的NAB拉伸强度提高了50％，平均屈服强度提高了20％，平均伸长率提高了60％。
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与传统铸造相比，NAB合金3D打印技术具有以下显著优势：生产周期大幅缩短：从数周缩短至数小时
可实现复杂几何形状设计
性能提升
按需制造，减少库存
现有部件的修复与再制造
因此，NAB3D打印技术在海洋及船舶工业中有着广泛的应用前景。以下是一些具体的应用案例：（Spee3D公开信息）![]()
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1. 螺旋桨支柱：重11.3kg的支柱仅需3小时即可打印完成。3. 凸轮锁紧装置：1.7kg的装置半小时内即可完成。除此之外，该技术还可用于制造船舶舵、螺旋桨轴、阀体、管件和发动机基础设施等。最大可制造直径1米、高0.7米或重达40kg的零件，且制造时间通常只需几小时。在紧急情况下，能够在24小时内现场生产和交付零件，这对于保持海上作业的连续性至关重要。尽管NAB在海洋工程中的应用最为广泛，但其潜力远不止于此。以下领域同样可以从NAB 3D打印技术中受益：
国防：NAB的高强度、耐腐蚀性和抗冲击性能可为军事装备提供更好的保护和更长的使用寿命。
油气行业：NAB可用于制造耐腐蚀的阀门、泵和管道系统，这些部件经常需要在恶劣的环境中长期工作。
采矿业：NAB的抗磨损特性使其成为矿浆泵、破碎机衬板等高磨损部件的理想选择。
NAB合金3D打印技术的突破无疑是海洋工程高端制造领域的趋势先导。展望未来，NAB合金3D打印技术还得解决工艺参数优化，实现更精细的微观结构控制，开发更多NAB材料以及海洋专用3D打印设备。
对于从业者来讲，航空航天的3D打印市场份额已相对固定。
随着各类船舰像下饺子一样陆续投入使用，海洋及船舶工程制造带来新商业机会和增长点才刚刚开始。
延伸阅读：端住金饭碗，中美俄都必争的3D打印战场
镍铝青铜合金的3D打印可能是一个关键契机。
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（正文内容结束）
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