南科大发现增材制造复合材料的晶界工程新机制

在不变形或者退火的条件下，如何提高特殊晶界比例，一直是金属材料领域的一个热点问题。在磁控溅射制备的Al层中发现了大量的纳米孪晶和9R相，并表现出较强的厚度依赖性。该薄膜材料具有大量的纳米孪晶和晶界工程中特殊晶界比例高，从而产生机械强化效应。

近日，南方科技大学白家鸣教授团队提出了一种有效的策略，通过引入TiC纳米颗粒和LPBF增材制造工艺来制备具有纳米孪晶强化效应和特殊晶界比例高的TiC/316L不锈钢复合材料。

该研究展示了一种基于TiC/316L不锈钢(TiC/316LSS)复合材料设计的激光粉末床熔合(LPBF)过程中控制具有特殊晶界和纳米孪晶的复合材料微结构的新加工方案。此外，还提出了一种微观机理。LPBF热循环过程中产生的残余应力导致非晶态TiC界面的梯度元素偏析产生了较低的层错能(SFE)，9R在低SFE的TiC界面形成并向纳米孪晶转变。非共格孪晶界的迁移再生了高比例的特殊晶界。在机理分析的基础上，通过优化激光功率、扫描速度和缝隙间距，解释了TiC纳米颗粒团聚、晶粒细化和组织中特殊晶界的演变过程。结果表明，经热机械处理后的TiC/316LSS复合材料具有明显改善的性能。复合材料具有较高比例的特殊晶界和纳米孪晶，它们通过LPBF过程中产生的超细位错胞结构保持壁强化。在增材制造中，通过对工艺参数的可预见性调整来实现微结构控制。因此，通过优化LPBF参数和偏析诱导设计，增材制造晶界工程(AM-GBE)显示出巨大的发展潜力。