刊出日期：2025-03-20
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综述2025, 53(3): 1-19. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2022.000730激光选区熔化（selective laser melting，SLM）作为一种常见的增材制造（additive manufacturing，AM）技术，在多孔和薄壁等异形零件的成形领域受到广泛关注。然而，传统的单光束SLM成形因成形尺寸小、成形效率低等问题而发展缓慢。多光束激光选区熔化（multi-beam selective laser melting， MB-SLM）在单光束SLM成形的基础上，通过多光束、多振镜分区扫描并进行拼接成形，实现了成形尺寸和成形效率的大幅同步提升，有效地解决了单光束SLM成形存在的固有难题，有望成为进一步拓展金属增材制造应用领域的新兴技术。本文综述了多光束激光选区熔化在成形原理、成形设备以及工艺缺陷的形成及控制方面的研究进展，归纳了多光束激光选区熔化成形不同合金的显微组织和力学性能，重点阐述了工艺缺陷和力学性能调控的主要策略。最后对其未来发展趋势进行了展望，如应关注多光束间的时空差异特性对力学性能的影响、改变不同区域间工艺参数的一致性以减少成形件的工艺缺陷等。
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综述2025, 53(3): 20-34. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000662脉冲磁场强化技术具有非直接接触、低能耗、绿色环保等优点，在金属材料性能提升方面具有重要的应用前景。本文总结脉冲磁场强化技术在金属材料强化机理、数值模拟和实际应用等方面的研究现状，提出脉冲磁场强化技术亟须突破的瓶颈。脉冲磁场作为一种高场强、周期性磁场，对金属材料的固态相变和液态相变过程均具有明显的强化作用：在固态相变中，脉冲磁场能够改变金属材料的织构和磁畴，促使位错增殖扩散，加快第二相析出，调控析出物析出次序；在液态相变中，脉冲磁场为形核提供能量，破碎粗大枝晶，抑制树状枝晶生长，促进溶质均匀分布，多种作用耦合下提高金属材料性能。数值模拟方法能够再现脉冲磁场强化过程中磁场分布、材料受力和内部结构等方面变化，为研究脉冲磁场强化机理提供重要依据；脉冲磁场强化效果主要取决于磁场的磁场强度、脉冲占空比和作用时间，通过数值模拟技术获得强化效果最优的脉冲磁场参数是脉冲磁场强化金属材料的研究重点之一。目前，脉冲磁场强化技术已应用于金属刀具、涂层制备和金属铸造等领域。为了实现脉冲磁场强化技术的广泛应用，未来还需要在强化机理、脉冲磁场参数设计、脉冲磁场装置小型化等方面开展进一步的研究工作。
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综述2025, 53(3): 35-43. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2024.0000873D打印作为一种新型制造技术，已被广泛应用于各类材料的成型制造，并展现出巨大的发展潜力。石墨具有优良的耐高温性、导电性、导热性、热稳定性和化学稳定性，在冶金化工、能源行业、航空航天、核工业等领域得到广泛应用。以石墨及其复合材料作为基体，利用3D打印技术生产制造石墨基产品，能够缩短生产周期、提高材料利用率、减少石墨粉尘污染，为高性能复杂形状石墨的个性化定制及产业化应用提供了一种高效经济的综合解决方案。本文重点阐述了石墨及其复合材料的3D打印技术，分析了各种技术的优缺点，并介绍了3D打印成型的石墨产品的性能和应用，论述了石墨及其复合材料在3D打印领域发展过程中的机遇和挑战，并对未来的发展提出了展望和建议，石墨3D打印技术的发展还需开发扩展石墨复合材料的种类和新型打印装备及其配套设备，并在传统石墨的基础上进行3D打印石墨后处理技术研发。
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综述2025, 53(3): 44-53. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000874热塑性复合材料具备耐疲劳性能优异、成型周期短、可二次加工、可焊接、无储存条件限制等优势，为更好地实现热塑性复合材料的工程化制备，满足航空航天、轨道交通等领域的应用需求，研究热塑性预浸料的制备以及成型方式具有重要意义。本文对连续纤维增强热塑性预浸料的制备工艺方法进行了详细介绍，包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、薄膜层叠法、粉末浸渍法、悬浮热熔法和纤维混编法等工艺，同时对热塑性复合材料成型工艺方法进行了重点论述，包括模压成型、缠绕成型、自动铺放成型、原位固结成型、3D打印成型等方法，针对每种预浸料制备与成型工艺特点梳理了工程化应用的可行性，最后对热塑性复合材料的未来趋势进行了展望，并给出了发展建议。
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研究论文2025, 53(3): 54-62. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000556激光选区熔化GH4169高温合金具有明显的定向柱状枝晶凝固组织，会引起严重的力学性能各向异性，增加服役风险。本工作以激光选区熔化（SLM）技术制备的GH4169高温合金为研究对象，设计两种不同的热处理制度：热等静压＋标准固溶＋双时效和热等静压＋均匀化热处理＋标准固溶＋双时效对所制备合金进行后热处理，探究两种热处理制度对激光选区熔化GH4169高温合金微观组织及高温拉伸性能各向异性的影响。结果表明：均匀化热处理消除了Laves相，沉积态GH4169合金的柱状晶组织向等轴晶组织转变。高温拉伸结果显示，未经均匀化处理GH4169合金横向与纵向的高温抗拉强度比和塑性比分别为1.10（1145/1040）和0.83（10.2/12.2），均匀化热处理态GH4169合金横向与纵向的高温抗拉强度比和塑性比分别为1.00（1041/1038）和1.00（8.6/8.6）。激光选区熔化GH4169合金微观组织与力学性能各向异性被消除。
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研究论文2025, 53(3): 63-69. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000025本工作提出一种倾斜放置籽晶制备镍基单晶高温合金以获得特定取向单晶铸件的方法，采用实验和数值模拟研究该方法制备单晶过程中凝固组织演化过程及其机制，并讨论了倾斜籽晶控制单晶铸件晶体取向的原理。结果表明：通过改变〈001〉取向的籽晶与铸件之间的位向关系，可以制备出特定取向的单晶铸件。单晶制备过程中籽晶部分回熔，回熔界面与籽晶轴向垂直，定向凝固过程中熔体沿未熔籽晶外延生长形成单晶。
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研究论文2025, 53(3): 70-82. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000698在水平连铸过程中锡磷青铜铸坯边部由于反偏析作用形成网状分布的硬脆富Sn相，并在轧制过程中成为裂纹源，进而不断扩展诱发带材大幅度边裂。为改善此问题，通过改进石墨模具结构，调整铸坯冷却强度分布规律，减缓铸坯边部冷却过快而引起的严重反偏析现象。数值模拟和实验验证表明：模具结构优化后，铸坯侧面与模具间的气隙厚度梯度减小，糊状区的凝固收缩过程更平缓。液相面更加平直，液相与糊状区夹角减小了18.3°，铸坯中部与边部的凝固位置差减小了18.62 mm。此外，铸坯晶粒趋于等轴化，富Sn相由晶间条状转变为点状分布，反偏析程度减轻，反偏析层内富Sn相含量减少了2.3%，反偏析层厚度减小了214 μm。粗轧后带材边部裂纹数量由结构优化前的21个减小至4个。
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研究论文2025, 53(3): 83-94. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000785材料的弹性极限是弹簧设计中极为重要的参数，对弹簧的特性有显著影响。针对直径为0.3 mm的阀门弹簧用07Cr17Ni7Al微细丝，通过室温拉伸、单臂弯曲法、光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜研究了冷拉拔变形量对丝材强度、弹性极限、弹性后效和微观组织的影响，采用不同数学模型对变形量-马氏体含量、变形量-弹性极限、应力-弹性后效进行了分析。结果表明：固溶态07Cr17Ni7Al丝材由奥氏体和少量铁素体组成，冷拉拔使奥氏体转变为马氏体，随变形量增大，形变诱发马氏体增加。马氏体含量-冷拉等效应变关系符合Olson-Cohen模型，当冷拉等效应变达到1.64时，马氏体含量约92%，形变诱发马氏体达到饱和。丝材的抗拉强度-冷拉等效应变呈线性关系，变形量越大，抗拉强度越高。弹性极限随变形量增大而提高，弹性极限-冷拉等效应变呈“S”形曲线关系，且符合DoseResp模型，当冷拉等效应变达到1.64以上，弹性极限提高程度变小并趋于平缓。弹性后效随应力的提高而增加，符合PWL2模型，存在“弹性后效临界应力”，当应力超过该临界值后，弹性后效随应力增加的速率会提高2~11倍。冷拉等效应变为1.64~2.41时，丝材具有良好的力学性能和弹性性能。
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研究论文2025, 53(3): 95-104. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000291未来高推重比先进航空发动机的发展对新型高性能轻质高温压气机整体叶盘需求迫切。激光增材制造TC25G-TiAl4822双金属梯度结构材料作为轻质高压压气机整体叶盘备选的一种重要材料体系，其梯度过渡层合金的成分选择和凝固组织研究对指导相关构件结构性能设计具有关键影响。为理解（1-x） TC25G-xTiAl4822 梯度成分合金随粉末原料中TiAl4822 预合金粉末含量变化而出现的凝固组织演变行为，利用激光快速熔炼技术制备了两种单一原料（TC25G和TiAl4822）成分合金锭和9种混合原料成分合金锭，并采用光镜、扫描电镜、XRD和透射电镜等材料表征设备和硬度测量装置进行研究。研究结果表明：随原料中TiAl4822合金粉末含量的增加，合金凝固晶粒特征变化为树枝晶→等轴晶→树枝晶。合金室温显微组织发生如下的转变：αp+αs+β+α2 →αp+αs+α2+β/B2→α+α2+β/B2→α2+B2→γ+γ/α2+B2→γ+γ/α2；由于不同成分合金中的相类型和含量变化，合金维氏硬度值呈先增加后减小的变化趋势，且在粉末比例为50%~70%时具有极大突变，硬度由620HV降到450HV。上述相关研究结果为双金属过渡层合金的成分选择需避开中间比例粉末含量范围提供了基础依据。
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研究论文2025, 53(3): 105-116. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000743采用冷金属过渡和脉冲（cold metal transfer and pulse，CMT+P）复合电弧增材制造工艺制备2024铝合金增材件，研究2024铝合金CMT+P电弧增材制造气孔缺陷、晶粒形貌、物相析出的分布特征，以及不同工艺参数对气孔缺陷、晶粒形貌、物相析出和耐腐蚀性能的影响。结果表明：2024铝合金增材件的气孔主要分布于熔合线附近，热输入相同时，更快的送丝速度和电弧行驶速度导致更高的孔隙率。同一沉积层上部为无择优取向的等轴晶，下部为具有择优取向的柱状晶，热输入相同时，更快的送丝速度和电弧行驶速度导致细晶区的产生，增加等轴晶比例，减弱织构。析出的二次相主要为Al2CuMg，Al2Cu和富Fe，Mn相，沿晶界连续分布。影响增材件腐蚀初期耐腐蚀性能的主要因素为Al2CuMg的析出量。更慢的送丝速度和电弧行驶速度下具有更好的耐局部腐蚀性能，这主要是由更低的Al2CuMg相比例分数导致。
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研究论文2025, 53(3): 117-124. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000167采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯，然后通过高温热处理制备大片径还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide，rGO）吸波剂，并研究了不同含量及叠加层数的rGO材料的吸波性能。计算结果表明，随着rGO含量的增加，吸波性能先增强后减弱。当rGO质量分数为1.0%，厚度为2.2 mm时，有效吸收带宽（effective absorption bandwidth，EAB，≤-10 dB）为5.4 GHz （12.0~17.4 GHz）；当rGO含量为1.5%，厚度为1.8 mm时，有效吸收带宽为5.0 GHz （13.0~18.0 GHz）。为了克服单层rGO吸波材料EAB窄的缺点，以不同含量rGO吸波材料为材料库，采用改进的遗传算法优化多层叠加rGO吸波材料EAB。经优化后多层rGO吸波材料的EAB有了大幅提升，尤其当层数为3层，厚度为3.94 mm时，多层吸波材料具有最宽的EAB，达到11.5 GHz （6.5~18.0 GHz）。该研究进一步提高了rGO宽频吸波性能，具有重要的科学意义和工程应用价值。
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研究论文2025, 53(3): 125-134. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2022.000965为了提高选区激光熔化TA15合金试样的综合力学性能，本研究开展了选区激光熔化 （selected laser melting，SLM）TA15合金在800 ℃+空冷、950 ℃+空冷和1050 ℃+空冷退火条件下的组织和力学性能研究。利用电子背散射衍射表征了不同状态TA15合金组织结构特征。结果表明，800 ℃和950 ℃热处理未明显改变α相的取向和织构，呈现网篮组织结构特征；1050 ℃热处理后，沿［0001］方向出现最大强度为9.18的织构，呈现魏氏体组织特征。随着退火温度的升高，α′/α相的宽度逐渐增加，长宽比先上升后下降，α′/α相内几何必要位错密度逐渐降低。试样维氏硬度值先下降、后上升，未热处理态试样维氏硬度值最大，为（397.2±10）HV。随着退火温度的升高，TA15试样强度逐渐下降，伸长率先上升后下降。未热处理态拉伸试样呈现混合断裂特征；800 ℃和900 ℃热处理试样呈现塑性断裂特征；1050 ℃热处理试样为脆性断裂。
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研究论文2025, 53(3): 135-142. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000207为推动燃料电池的大规模商业化应用，开发高效、稳定和低成本的氧还原（ORR）催化剂具有重要意义。本工作以Fe掺杂ZIF-8为前驱体，通过球磨、高温氩气气氛下煅烧、酸洗后，在氨气气氛下进行二次煅烧，得到Fe-N-C非贵金属催化剂，多种表征手段的结果显示Fe原子均匀分散在氮掺杂的碳骨架上，从而形成丰富的Fe-N x 催化活性位点。电化学性能测试结果表明，通过制备工艺和金属比例优化后的Fe-N-C-5%催化剂，在0.1 mol/L HClO4的酸性溶液中表现出优异的ORR活性，半波电位为0.845 V，同时兼具良好的稳定性，在20000次循环后半波电位没有明显下降，这些结果为合理设计非贵金属ORR催化剂提供了有效的策略。
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研究论文2025, 53(3): 143-152. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2022.001036TiC陶瓷的长期抗氧化性是其航天航空领域应用的关键参数，必须在高温和各种气流环境下进行细致的评估。采用热压烧结法制备TiC单相陶瓷，通过热重-差示扫描热分析仪（TG-DSC）分析TiC陶瓷室温至1500 ℃的非等温氧化性能。通过管式氧化炉分析TiC陶瓷在不同环境（温度：1000，1200，1500 ℃，气氛：静态空气，单向空气流，低氧分压气流）下的等温氧化性能，采用单位面积质量变化表征其氧化速率。结果表明：TiC陶瓷在1200~1500 ℃时的扩散活化能约为378.78 kJ/mol，反应活化能约为17.82 kJ/mol。TiC陶瓷氧化后，具有TiO2氧化层、TiC x O y 中间层和TiC基体3层结构。氧化动力学结果表明：TiC陶瓷在1200 ℃时氧化速率由反应速率控制，在1500 ℃时由氧的扩散控制，而在1000 ℃时初始阶段（前100 min）为扩散控制，之后则为反应控制。在低氧分压的气流环境下，TiC陶瓷高温氧化的反应速率和扩散速率均受到抑制，可以形成较为致密的TiO2氧化层。
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研究论文2025, 53(3): 153-158. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000545对泡沫镍（平均孔径约为2.7 mm，孔隙率为93.1%）孔棱进行环氧树脂覆层复合，获得孔棱呈复层结构的泡沫镍/树脂多孔复合材料。对所得复合样品进行压缩性能实验，重点分析复合体的机械强度。结果表明：复合样品的压缩强度和比强度均显著高于原泡沫镍。当泡沫镍（体密度ρ r约0.6 g·cm-3）施加覆层制成泡沫镍/树脂复合样品（体密度约0.72~0.82 g·cm-3）后，其压缩强度从0.75 MPa提高到2.24~2.68 MPa，其对应比强度从1.23 MPa·cm3·g－1提高到3.09~3.27 MPa·cm3·g－1。复合样品的压缩强度与孔隙率符合基于八面体模型理论得出的对应数理关系。根据对应力学模型可知，复合样品整体失效由孔棱芯部优先破坏造成。
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研究论文2025, 53(3): 159-168. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2022.000996随着重型燃气轮机不断升级，燃气轮机透平的进气温度不断提高，传统YSZ涂层已无法满足高于1200 ℃的服役温度。通过大气等离子喷涂技术制备新型热障涂层LaMgAl11O19（LMA）和YSZ涂层，在1100 ℃和1300 ℃进行静态氧化实验，采用SEM和XRD技术对比分析了不同烧结温度和时长下的孔隙率、微观组织和相变过程。结果表明：LMA涂层在1100 ℃和1300 ℃下，孔隙率随烧结时间的延长而增大，YSZ涂层则随烧结时间延长孔隙率明显下降。LMA涂层在高温下短时间内发生相变，断口中可观察到细小的针状晶，随烧结时间的延长，结晶相长大成条状和片状结构，有利于提高涂层的抗烧结性。Rietveld精修结果表明，在1300 ℃下烧结1000 h，YSZ涂层中T′相含量从82.67%下降至27.69%，C相含量从初始1.50%增加到46.84%，M相含量从0.19%增加到15.39%。此相变过程引起体积转变，产生较大的残余应力，导致涂层脱落。
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研究论文2025, 53(3): 169-177. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2022.000273研究了不同热处理制度对激光沉积制造TB6钛合金力学性能的各向异性影响，结合光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析显微组织的演化过程，探究各向异性随热处理改变的变化趋势及影响机理。结果表明：激光沉积制造TB6钛合金组织中原始β晶粒形状与初生α相（αp相）的尺寸形貌受热梯度影响较大，两方面因素共同作用下，使沉积态试样室温拉伸性能出现各向异性，在垂直沉积方向（X向）上的抗拉强度相比沉积方向（Z向）上的高7.3%，屈服强度高5%、而伸长率则低32.4%。低温退火对显微组织的影响较小，仅塑性的各向异性有所降低；高温退火后αp相长宽比差异程度降低，室温拉伸性能的各向异性随之降低；固溶时效后析出的次生α相（αs相）使合金强化机制发生改变，且αs相无明显的择优析出生长，使得强度提高的同时其室温拉伸性能的各向异性趋于消除。
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研究论文2025, 53(3): 178-191. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000532通过一次冷轧和二次冷轧法制备极薄无取向硅钢，研究轧制及退火过程中组织、织构的演变规律及其对力、磁性能的影响。结果表明：一次冷轧法的冷轧组织主要为纤维变形组织，最终的再结晶组织晶粒较小，低温退火织构继承冷轧板中｛001｝〈110〉和｛223｝〈110〉织构，高温退火时，织构发生偏转，最终以α*织构和γ织构为主，二次冷轧法冷轧组织中观察到明显的剪切带，最终退火组织晶粒尺寸较大，并且剪切带为Goss晶粒提供形核位点，有利于退火过程中形成Goss织构，且λ取向线上｛001｝〈110〉织构向｛001｝〈010〉（Cube）织构偏转，γ织构强度逐渐降低。随退火温度升高，铁损先快速降低后缓慢降低，磁感应强度先升高后趋于稳定。且相较于一次冷轧法，二次冷轧法制备的极薄无取向硅钢铁损更低、磁感应强度更高，这主要是由于二次冷轧法含有明显的剪切带，从而促进有利织构Goss和Cube的形成，并减少γ不利织构，且再结晶晶粒尺寸更大。随退火温度升高，一次冷轧和二次冷轧退火板的屈服强度先快速下降后趋于稳定，且一次冷轧法制备的极薄无取向硅钢的屈服强度高于二次冷轧。采用二次冷轧法在800 ℃退火时，可以实现极薄无取向硅钢力学性能和磁性能的最佳匹配，此时中高频铁损P 10/400为12.34 W/kg，P 10/1000为36.12 W/kg，B 50为1.71 T，屈服强度为389 MPa。
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研究论文2025, 53(3): 192-202. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000399为了探究低温条件下几种常用本构模型对我国隔震支座用橡胶材料的适用性及温度相关性问题，针对4种不同配方的隔震支座用橡胶材料开展了23~-60 ℃温度范围内的单轴拉伸实验。用最小二乘法拟合得到了7种本构模型的材料参数，分析了不同本构在低温下的适用性。利用ABAQUS软件，对4种橡胶材料进行不同温度下的单轴拉伸模拟，验证了各本构模型参数的正确性及模型的稳定性。结果表明，在23~-40 ℃温度范围内，与其他几种本构相比，Yeoh模型的稳定性好且计算精度高。在-60 ℃时，橡胶材料完全固化，考察的7种本构模型均不能精确反映橡胶材料的力学特征。通过对Yeoh模型温度相关性的研究，提出了一个考虑温度相关性的Yeoh修正模型，据此可对不同温度下相近剪切模量的橡胶材料力学性能进行预测。
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研究论文2025, 53(3): 203-215. https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000264随着电子信息产业的迅猛发展，电磁辐射问题日益严重，迫切需要一种质量轻、成本低的电磁吸收材料。本研究采用金属有机框架衍生法和高温退火策略获得钴/碳纤维复合材料，其中，化妆棉作为碳纤维的生物质前驱体，ZIF-67颗粒均匀负载于棉纤维表面，经碳化得到钴/碳纳米粒子均匀负载于碳纤维表面的钴/碳纤维复合材料。SEM结果显示，Co颗粒在碳纤维基质上呈现出均匀分散的状态，均匀分布的钴纳米颗粒提供了一个磁耦合网络，并与碳纤维形成丰富的非均相界面，增强了界面极化，有利于复合材料的宽带吸收行为。测试结果表明，Co/C-650材料的厚度仅为1.5 mm，17.76 GHz下最小反射损耗为-42.03 dB，同时吸收带宽可达3.68 GHz，并且雷达散射截面值达到-26.8 dB·m2。这种优异的电磁波吸收性能得益于界面极化引起的介电损耗、磁共振引起的磁损耗以及微纳层次纤维结构中的多次反射和散射。本工作为制造轻量级、高功效的碳纤维基吸波材料提供了思路。
