哈工大突破：激光调控晶粒尺寸，提升航空材料性能

哈工大突破：激光调控晶粒尺寸，提升航空材料性能

近日，哈尔滨工业大学黄陆军团队在顶级期刊发表最新研究成果，通过激光调控技术成功细化了Haynes230合金的晶粒尺寸，有效抑制了激光粉末床熔化（LPBF）过程中的裂纹问题，显著提升了材料的力学性能。这一突破不仅解决了航空航天材料制备中的关键难题，更为未来高性能结构材料的研发开辟了新的道路。

激光粉末床熔化（LPBF）是增材制造技术的一种，其基本原理是通过激光选择性地熔化金属粉末，逐层堆叠成形金属部件。与传统制造技术相比，LPBF技术具有晶粒细小、成分均匀、表面粗糙度低等优势，特别适合制备具有复杂结构的金属零部件。

在LPBF过程中，激光与粉末相互作用，形成熔池。通过精确控制激光功率、扫描速度等参数，可以调控熔池的温度场和凝固过程，从而实现对晶粒尺寸的控制。具体来说，较高的激光功率和较快的扫描速度会导致较高的温度梯度和较快的凝固速度，有利于形成细小的晶粒。

尽管LPBF技术具有诸多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，熔池中熔体状态的变化可能导致气孔、未熔合、裂纹等缺陷，这些缺陷会显著影响成形件的内部质量及力学性能。此外，一些高温合金材料如CM247LC、IN738LC等，本身可焊性较差，增材制造的工艺窗口较窄，仅通过工艺参数优化难以实现成形质量及性能的提升。

针对这些挑战，黄陆军团队创新性地采用激光调控技术，成功细化了Haynes230合金的晶粒尺寸。Haynes230是一种镍基高温合金，主要由镍、铬、钼等元素组成，具有出色的抗氧化能力和高温强度，广泛应用于航空航天领域。然而，在LPBF过程中，该合金容易产生裂纹，限制了其应用范围。

研究团队通过优化激光功率、扫描速度等参数，实现了对熔池温度场和凝固过程的精确控制。实验结果表明，通过激光调控细化晶粒，不仅有效抑制了裂纹的产生，还显著提升了材料的力学性能。这一突破为解决航空航天材料制备中的关键难题提供了新的思路。

这一研究成果具有重要的工业应用价值。在航空航天领域，高性能结构材料的需求日益增长。通过激光调控晶粒尺寸，可以制备出具有更优力学性能和可靠性的零部件，满足极端环境下的使用要求。此外，该技术还有望应用于其他高温合金材料的制备，推动整个行业的技术进步。

未来，随着激光调控技术的不断发展和完善，我们有理由相信，更多高性能结构材料将被开发出来，为航空航天、生物医疗、汽车模具等领域的创新发展提供强有力的支持。