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該綜述”把鎳基高溫合金增材制造的全流程——從粉末、激光參數(shù)到裂紋、組織再到蠕變性能——系統(tǒng)梳理成了一張“高德地圖”，并給出了下一段技術(shù)沖刺的導(dǎo)航路線?！?/p>

鎳基合金在增材制造方面的研究進展：材料設(shè)計、加工制造、組織與性能、新合金設(shè)計

鞏俐, 李宇博，汪小培, 李賽, 楊志剛, 陳浩

鞍鋼集團北京研究院，鋼鐵研究分院

清華大學(xué)，材料工程與科學(xué)學(xué)院

北京動力機械研究所，材料研究部

【文獻鏈接】

Gong, L., Li, YB., Wang, XP. et al. Progress in additive manufacturing of nickel-based superalloys: materials, processing, microstructures, properties and alloy design. Rare Met. (2025). https://doi.org/10.1007/s12598-025-03247-5

【背景介紹】

由于航空發(fā)動機中的部件具有形狀復(fù)雜、集成度高、生產(chǎn)量較少、價值高的特征，航空材料在增材制造方面已經(jīng)取得了顯著進步。鎳基高溫合金是航空發(fā)動機中承溫部件的關(guān)鍵材料，但由于其硬度高，在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件時面臨重大挑戰(zhàn)。增材制造在制造自由度與減少制造周期方面的優(yōu)勢明顯，因此高溫合金的增材制造獲得了極大的關(guān)注和快速發(fā)展。盡管已經(jīng)進行了大量的相關(guān)研究，但由于鎳基合金的多樣性以及增材制造工藝參數(shù)的復(fù)雜性，相關(guān)的研究結(jié)果與結(jié)論是十分分散的?；诖?，迫切需要對增材制造與鎳基合金組織與性能之間的關(guān)系進行深入且全面的理解。本文首先介紹了四種主要用于高溫合金的增材制造技術(shù)的加工特性，總結(jié)了打印態(tài)組織與熱處理態(tài)組織的顯微組織與力學(xué)性能。同時，本文還介紹了針對增材制造工藝所專門研究的新合金，并提出了關(guān)于材料研發(fā)與性能改進的意見，旨在為鎳基高溫合金的增材制造提供有價值的評估，為未來的相關(guān)研究提供有效指導(dǎo)。

【文章亮點】

1. 全文引用了332篇文章，綜合分析了大量增材制造鎳基高溫合金的數(shù)據(jù)與結(jié)論；

2. 深入分析了打印工藝、熱處理工藝、合金組織、力學(xué)性能，提供了詳實的數(shù)據(jù)與圖片支撐；

3. 提出了基于增材制造工藝特點的材料設(shè)計的方向，為學(xué)習(xí)與開拓增材制造高溫合金領(lǐng)域提供了堅實基礎(chǔ)。

【內(nèi)容簡介】

日前，清華大學(xué)材料學(xué)院的陳浩教授課題組，依托海洋裝備金屬材料及其應(yīng)用全國重點實驗室，在

Rare Metals

本文章通過深入研究332篇文章的數(shù)據(jù)與研究成果，深入分析了金屬增材制造的技術(shù)參數(shù)，裂紋控制，顯微組織，熱處理工藝，拉伸與服役性能，提出了打印裂紋形成機理，優(yōu)化了技術(shù)參數(shù)，總結(jié)了顯微組織特征與其對性能的影響，指出了合適的熱處理工藝及預(yù)后組織，展望了技術(shù)的革新途徑與新材料體系設(shè)計，為增材產(chǎn)品的開發(fā)與該技術(shù)的推廣應(yīng)用體重了重要數(shù)據(jù)支撐。

【圖文解析】

圖1 裂紋形成機理示意圖

圖2 打印態(tài)顯微組織表征

圖3 熱處理態(tài)顯微組織表征

圖4 打印態(tài)與熱處理態(tài)的室溫拉伸性能

圖5 打印態(tài)與熱處理態(tài)的高溫拉伸性能

圖6 增材制造IN718合金與其他鎳基合金的高溫蠕變性能

通過大量數(shù)據(jù)與圖片的分析，展示了鎳基高溫合金在增材制造過程中常見的裂紋種類與形成機制，分析了裂紋預(yù)測的模型與控制方法。總結(jié)了打印態(tài)與熱處理態(tài)的組織特征，解釋了顯微組織演變的過程，分析了熱處理工藝對顯微組織的影響。據(jù)此引出了組織對力學(xué)性能的影響，并分析了不同合金種類與熱處理工藝對拉伸與蠕變性能的影響機制。

【全文小結(jié)】

1.總結(jié)了近十年來增材制造鎳基高溫合金的成分特點、打印工藝、打印態(tài)與熱處理態(tài)組織特征、熱處理工藝等；

2.分析了增材制造鎳基高溫合金的硬度、拉伸與蠕變等力學(xué)性能，指出了組織對該力學(xué)性能產(chǎn)生的影響；

3.總結(jié)了基于增材制造工藝特點的新合金設(shè)計，給出了機器學(xué)習(xí)在組織與工藝調(diào)控方面的作用；

4.展望了增材制造鎳基合金未來的發(fā)展方向。

【作者簡介】

陳浩，男，清華大學(xué)材料學(xué)院教授。2013年在荷蘭代爾夫特理工大學(xué)獲得材料學(xué)博士學(xué)位，先后在代爾夫特理工大學(xué)、加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)從事博士后研究，目前主要從事先進鋼鐵材料的固態(tài)相變與材料設(shè)計，探索閃速加熱、增材制造、人工智能等新興技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用。發(fā)表論文100余篇，包括Acta Materialia、Scripta Materialia、Science Advances、Nature Communications、Additive Manufacturing等金屬材料領(lǐng)域權(quán)威期刊。以通訊作者身份在權(quán)威綜述期刊Materials Science Engineering: R: Reports和International Materials Review上發(fā)表高強鋼綜述2篇。獲得國際固態(tài)相變大會Aaronson獎（每5年1位獲獎?wù)?，亞洲唯一獲獎?wù)撸液Ｍ飧邔哟稳瞬庞媱澢嗄觏椖?、國家?yōu)秀青年科學(xué)基金項目、清華大學(xué)學(xué)術(shù)新人獎、荷蘭優(yōu)秀博士學(xué)位“Cum Laude”、Acta Materialia杰出審稿人等榮譽；承擔(dān)重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、JKW基礎(chǔ)加強計劃等30余項國家或者企業(yè)合作項目。

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