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激光增材制造超高温氧化物陶瓷孔隙缺陷形成及抑制研究进展

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无机材料学报 2025年

作者：余升阳苏海军姜浩余明辉姚佳彤杨培鑫西北工业大学凝固技术国家重点实验室

超高温氧化物陶瓷凭借优异的高温强度、高温组织稳定性、抗氧化和耐腐蚀等特性，有望成为在高温氧化环境下长期服役的新一代超高温结构材料，在航空航天领域具有广泛的应用前景。激光增材制造(Laser Additive Manufacturing， LAM)技术... 详细信息

超高温氧化物陶瓷凭借优异的高温强度、高温组织稳定性、抗氧化和耐腐蚀等特性，有望成为在高温氧化环境下长期服役的新一代超高温结构材料，在航空航天领域具有广泛的应用前景。激光增材制造(Laser Additive Manufacturing， LAM)技术具有快速近净成型、无需模具以及灵活制造复杂形状等优点，近年来被应用于超高温氧化物陶瓷的制备并成为研究热点。然而陶瓷在LAM过程中极易产生孔隙缺陷，不仅不利于试样后续的沉积，而且易恶化成型样件表面质量与力学性能。本文首先概述了选区激光烧结(Selective Laser Sintering， SLS)、激光粉末床熔融(Laser Power Bed Fusion， LPBF)和激光定向能量沉积(Laser Directed Energy Deposition， LDED)三种LAM技术的基本原理及工艺特点，重点分析了LAM超高温氧化物陶瓷过程中的孔隙缺陷特征、熔池流动特点及孔隙缺陷的形成机理，并从工艺参数优化、外场辅助和第二相掺杂三个方面详细阐述了LAM超高温氧化物陶瓷孔隙缺陷抑制的研究进展。最后，总结了LAM超高温氧化物陶瓷实现工程化应用面临的挑战，并在成型缺陷抑制、粉末特性和后续热处理工艺等方面展望了该领域的发展趋势和突破点。

关键词：超高温氧化物陶瓷激光增材制造孔隙形成机理孔隙抑制方法综述

WC的添加对激光增材制造Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金耐磨性能的影响

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焊接学报 2025年

作者：赵玉凤宋来东王宏宇姜银方胡展铭南通理工学院江苏大学

本文采用激光熔丝沉积增材制造技术制备了添加不同质量分数WC的Fe-17Mn-6Si-9Cr-5Ni合金，考察了它们在油润滑条件下的摩擦磨损行为，分析并初步讨论了WC的添加量对Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金耐磨机制的影响. 研究表明：在Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金... 详细信息

本文采用激光熔丝沉积增材制造技术制备了添加不同质量分数WC的Fe-17Mn-6Si-9Cr-5Ni合金，考察了它们在油润滑条件下的摩擦磨损行为，分析并初步讨论了WC的添加量对Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金耐磨机制的影响. 研究表明：在Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金中，当添加少量WC如本文研究条件下不超过1 wt.% WC时，合金硬度随着WC添加量的增多而增大但其耐磨性不增反降，此时合金的耐磨性主要受铁基记忆合金由于应力诱发马氏体相变带来的特有减摩抗磨特性的影响；而当WC的添加量继续增大如本文研究条件下提高至2 wt.%和4 wt.%时，合金硬度随着WC添加量的增多而继续增大其耐磨性也随之有所提高，但仍仅与未添加时大致相当，此时在摩擦磨损次表层中已观察不到马氏体板条，可以认为此时合金的耐磨性主要受WC颗粒的弥散强化的影响. 在本文研究条件下，添加0.25wt.% WC的合金耐磨性最好.

关键词：铁基形状记忆合金耐磨机制激光增材制造油润滑 WC颗粒

面向高端装备的金属激光增材制造技术发展与应用

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中国机械工程 2025年

作者：杨凯王磊汤永凯刘谋斌郭子傲北京大学工学院湖南云箭集团有限公司西安交通大学高端制造装备协同创新中心

激光增材制造技术，作为推动科技创新的关键“加速器”，在制造业中引发了深远的变革，在高端装备制造领域展现出巨大的潜力和应用前景。本文全面综述了金属激光增材制造技术在高端装备制造中的创新应用与发展，首先介绍了其基本原理与... 详细信息

激光增材制造技术，作为推动科技创新的关键“加速器”，在制造业中引发了深远的变革，在高端装备制造领域展现出巨大的潜力和应用前景。本文全面综述了金属激光增材制造技术在高端装备制造中的创新应用与发展，首先介绍了其基本原理与优势，涵盖实现复杂结构的一体化制造、材料与结构的优化设计、以及部件的性能提升。进一步，探讨了激光增材制造技术在新材料开发、新工艺创新、新结构设计和新功能集成等方面为高端装备制造带来的创新机遇。同时，分析了当前在高端装备制造中应用金属激光增材制造技术所面临的挑战，如材料体系开发和新材料应用、制造装备开发、制造过程在线监测与质量控制技术，以及零件后处理等技术难题。最后，对高端装备应用金属激光增材制造技术的未来发展趋势进行了展望。随着技术的不断进步和创新，金属激光增材制造技术有望在高端装备制造领域实现更广泛的应用，并推动制造业的持续发展。

关键词：激光增材制造高端装备创新应用发展趋势

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激光增材制造镍基高温合金研究现状及展望

金属加工(热加工) 2025年第2期 1-11页

作者：马金超刘纪德张志鹏孔祥伟李金国中国科学院金属研究所辽宁沈阳110016 东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110819

激光增材制造作为一种能够将数据模型直接转化为构件的先进技术,在高温合金零部件的制造领域具有广阔的应用前景。从激光增材制造技术的基本原理与特点出发,介绍了其在镍基高温合金工程化应用中的现状及面临的问题。在此基础上,系统论... 详细信息

激光增材制造作为一种能够将数据模型直接转化为构件的先进技术,在高温合金零部件的制造领域具有广阔的应用前景。从激光增材制造技术的基本原理与特点出发,介绍了其在镍基高温合金工程化应用中的现状及面临的问题。在此基础上,系统论述了增材用高温合金粉末材料的制备及优化策略、增材样品的微观组织特征以及裂纹缺陷的形成机理与控制方法。此外,围绕当前激光增材制造在高温合金领域面临的技术挑战,对其未来的发展方向进行了展望,旨在为相关领域的进一步发展提供参考和指导。

关键词：激光增材制造镍基高温合金粉末材料微观组织裂纹缺陷

保护气氛对激光增材制造316L不锈钢组织和性能的影响

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电焊机 2025年第2期55卷 18-24页

作者：顾玉芬陈计澎李广石玗兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050

研究不同保护气氛对增材制造不锈钢组织和力学性能的影响机制,为优化316L不锈钢的激光增材制造工艺提供理论依据。采用高速激光熔丝增材制造技术,分别在纯氩气和纯氮气保护气氛下制备316L不锈钢试样。通过扫描电子显微镜(SEM)、背散射衍... 详细信息

研究不同保护气氛对增材制造不锈钢组织和力学性能的影响机制,为优化316L不锈钢的激光增材制造工艺提供理论依据。采用高速激光熔丝增材制造技术,分别在纯氩气和纯氮气保护气氛下制备316L不锈钢试样。通过扫描电子显微镜(SEM)、背散射衍射(EBSD)和X射线衍射(XRD)等手段对试样的微观组织进行表征,分析晶粒尺寸、晶粒取向及物相组成。利用拉伸试验机对试样进行力学性能测试,并断口形貌分析。研究结果表明,氩气和氮气保护气氛下,316L不锈钢的组织主要为奥氏体,少量铁素体分布在奥氏体晶界处。氮气保护气氛下的晶粒尺寸(平均59μm)较氩气保护气氛下的晶粒尺寸(平均66μm)更小,且氧化物夹杂颗粒的尺寸也有所减小。氮气作为强烈的奥氏体形成元素,促进了奥氏体的形核,起到了细化晶粒的作用。力学性能测试显示,氮气保护气氛下的试样抗拉强度(602.9 MPa)和屈服强度(220.5 MPa)均高于氩气保护气氛下的试样(分别为549.5 MPa和201.3MPa),且断后延伸率也有所提高。断口分析表明,两种气氛下的断裂类型均为韧性断裂,氮气保护气氛下的氧化物夹杂尺寸更小,从而提高了激光熔丝增材制造316L不锈钢的强度和塑性。

关键词：激光增材制造 316L不锈钢细化晶粒保护气氛

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激光增材制造超高温氧化物共晶陶瓷研究进展

无机材料学报 2022年第3期37卷 255-266页

作者：刘海方苏海军申仲琳姜浩赵迪刘园张军刘林傅恒志西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学深圳研究院深圳518057

超高温氧化物共晶陶瓷具有优异的高温强度、高温蠕变性能、高温结构稳定性以及良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能,成为1400℃以上高温氧化环境下长期服役的新型候选超高温结构材料之一,在新一代航空航天高端装备热结构部件中具有重要的应用... 详细信息

超高温氧化物共晶陶瓷具有优异的高温强度、高温蠕变性能、高温结构稳定性以及良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能,成为1400℃以上高温氧化环境下长期服役的新型候选超高温结构材料之一,在新一代航空航天高端装备热结构部件中具有重要的应用前景。基于熔体生长技术,以选择性激光熔化和激光定性能量沉积为代表的激光增材制造技术具有一步快速近净成形大尺寸、复杂形状构件的独特优势,近年来已发展成为制备高性能氧化物共晶陶瓷最具潜力的前沿技术。本文从工作原理、成形特点、技术分类等方面概述了基于熔体生长的两种典型激光增材制造技术,综述了激光增材制造技术在超高温氧化物共晶陶瓷制备领域的研究现状和特点优势,重点介绍了选择性激光熔化和激光定向能量沉积超高温氧化物共晶陶瓷在激光成形工艺、凝固缺陷控制、凝固组织演化、力学性能等方面的研究进展。最后,指出了实现氧化物共晶陶瓷激光增材制造工程化应用亟需突破的关键瓶颈,并对该领域未来的重点发展方向进行了展望。

关键词：氧化物共晶陶瓷激光增材制造选择性激光熔化激光定向能量沉积综述

激光增材制造DD98M高温合金组织及稳定性研究

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稀有金属材料与工程 2019年第5期48卷 1615-1622页

作者：庞小通程序田象军汤海波北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室

采用激光增材制造技术制备了DD98M镍基高温合金管状试样,研究了其沉积态、固溶时效态和长期时效态微观组织变化,对比分析了沉积态和固溶时效态试样中γ’相尺寸分布及在1000℃长期时效时γ’相的演化规律。结果表明:沉积态组织主要由外... 详细信息

采用激光增材制造技术制备了DD98M镍基高温合金管状试样,研究了其沉积态、固溶时效态和长期时效态微观组织变化,对比分析了沉积态和固溶时效态试样中γ’相尺寸分布及在1000℃长期时效时γ’相的演化规律。结果表明:沉积态组织主要由外延生长的微细柱晶组成,枝晶间无γ-γ’共晶组织析出,试样中γ’相体积分数约为70%。合金中元素微偏析造成了枝晶干和枝晶间γ’相尺寸差异,其中枝晶干处为210 nm,枝晶间为560 nm。经固溶时效处理后,γ’相(约370 nm)均匀分布在γ基体上,其尺寸分布符合LSW模型。经1000℃长期时效500 h后,合金组织中无TCP相(拓扑密排相)生成,γ’相仍保持立方形貌,其尺寸几乎保持不变。固溶时效处理后,合金显微硬度从沉积态时的4420 MPa增加至4870 MPa,长期时效能降低合金硬度,降幅约5.9%。

关键词：激光增材制造镍基高温合金组织长期时效 γ’相的粗化

激光增材制造Ti6Al4V-Inconel718功能梯度材料的成分变化和微观结构演变

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稀有金属材料与工程 2020年第8期49卷 2813-2819页

作者：黄金鑫孙中刚常辉唱丽丽邢飞周廉南京工业大学江苏南京210009 南京中科煜宸激光技术有限公司江苏南京210038 南京尚吉增材制造研究院有限公司江苏南京210038

利用激光增材制造技术制备了Ti6Al4V/Inconel718功能梯度材料,研究了该梯度材料的成分及相组成、显微组织和显微硬度的变化。研究表明:沿组成梯度方向发生了一系列相变:α+β→β+Ti2Ni+TiCr2+Ti-Fe→β+TiNi+TiCr2+Ti-Fe→γ+Laves,过... 详细信息

利用激光增材制造技术制备了Ti6Al4V/Inconel718功能梯度材料,研究了该梯度材料的成分及相组成、显微组织和显微硬度的变化。研究表明:沿组成梯度方向发生了一系列相变:α+β→β+Ti2Ni+TiCr2+Ti-Fe→β+TiNi+TiCr2+Ti-Fe→γ+Laves,过渡层主要是由TiNi和Ti2Ni以及Ti-Cr和Ti-Fe等二元相组成的混合体;沿材料底部至顶部微观组织发生了由魏氏α片层组织转变为等轴β晶组织,再由等轴β晶组织外延生长为细小树枝晶组织;显微硬度结果表明:硬度的增加主要与α相体积分数的减少,β相及Ti-Ni、Ti-Cr和Ti-Fe析出相的增加,以及固溶硬化和晶粒细化作用有关,本研究中最大值为8230 MPa。

关键词：激光增材制造功能梯度材料 Ti6Al4V/Inconel718 成分微观结构

激光增材制造Ti-48Al-2Nb-2Cr金属间化合物氧化性能

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中国激光 2018年第4期45卷 140-147页

作者：张俊生程序张述泉吴宇北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

研究了激光增材制造Ti-48Al-2Nb-2Cr金属间化合物在850℃温度时的氧化增重和组织变化,分析了铸态和激光沉积态试样氧化行为的区别,并揭示了其氧化机理。结果表明,当氧化时间相同时,沉积态试样的氧化增重速率明显小于铸态的。经60h氧化后... 详细信息

研究了激光增材制造Ti-48Al-2Nb-2Cr金属间化合物在850℃温度时的氧化增重和组织变化,分析了铸态和激光沉积态试样氧化行为的区别,并揭示了其氧化机理。结果表明,当氧化时间相同时,沉积态试样的氧化增重速率明显小于铸态的。经60h氧化后,铸态试样氧化膜和基体完全剥离,而沉积态试样氧化膜与基体局部结合较好。沉积态和铸态试样表面的氧化膜组成不同,前者为TiO_2/Al_2O_3/基体,后者为TiO_2/Al_2O_3/TiO_2+Al_2O_3/基体。

关键词：激光技术激光增材制造氧化膜等温氧化 TiO2 Al2O3