增材制造新突破创新设计“互锁+高熵”微观结构

摘要：提出了一种创新的振荡激光定向能量沉积（OLDED）工艺，用于制造SiC颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）。与传统激光定向能量沉积（LDED）相比，该工艺通过增加峰值温度和持续时间、拓宽成分过冷区，显著提高了界面处Al₄C₃和Al₄SiC₄碳化物的形成，形成

导读

提出了一种创新的振荡激光定向能量沉积（OLDED）工艺，用于制造SiC颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）。与传统激光定向能量沉积（LDED）相比，该工艺通过增加峰值温度和持续时间、拓宽成分过冷区，显著提高了界面处Al₄C₃和Al₄SiC₄碳化物的形成，形成了“互锁+高熵”微观结构，显著提高了复合材料的拉伸强度和韧性。

SiC颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）因其低密度、高热导率以及优异的力学性能，在航空航天领域具有重要应用价值。然而，传统制造方法存在界面反应难以控制、易形成脆性相等问题，限制了其性能提升。激光焊接（LW）和激光增材制造（LAM）技术因其高效、低热输入和灵活性，成为SiCp/Al制造的新方向。但如何精确调控界面反应以抑制脆性相生成并促进增强相合成，仍是亟待解决的关键问题。

近日，华中科技大学的科研团队创新提出了一种振荡激光定向能量沉积（OLDED）工艺，用于制造SiC颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）。该工艺不仅提高了碳化物的含量和分布均匀性，还通过多样化的晶体学取向，增强了界面结合强度和应力传递能力。相关工作以题为“New insight into enhancing SiCp/Al composites: designing “Interlocking + High Entropy” interfacial microstructure via oscillating laser directed energy deposition”发表于期刊《Materials Science & Engineering A》。

通过振荡激光束，显著提高了界面反应的温度和持续时间，促进了Al₄C₃和Al₄SiC₄的形成，形成了独特的“互锁+高熵”微观结构，显著增强了界面结合强度。通过界面处的碳化物分布，显著增强了裂纹钉扎效应，促进了裂纹路径的多次偏转，提高了复合材料的韧性。复合材料抗拉强度提高了35%，延展性提高了14.5%，展现出优异的力学性能。