近年来，基于材料逐层叠加成形的激光增材制造（Laser-based Additive Manufacturing，LBAM）技术得到了飞速发展，已成为当前世界上最为先进的制造技术之一。该技术与传统的材料去除成形相比较，其特点在于：成形灵活性高，大大节约时间和成本；适于制造结构复杂的金属零件；满足个性化定制要求；具有独特的激光快速加热-凝固成形机制。LBAM独特的快速非平衡凝固特征导致成形件凝固组织极为细化，同时形成过饱和固溶体、亚稳相及亚结构。故LBAM成形件未经热处理即可拥有亚稳（Metastable）、多相（Multi-phase）及跨尺度（Hierarchical）的新颖凝固组织，具备相变强化、固溶强化、细晶强化、位错强化等多种强化机制。鉴于以上优点，LBAM技术十分适合用于高性能铁基复合材料的直接快速成形。通过在铁基体中加入合适的增强相制成铁基复合材料，可实现铁基体和增强相之间各自性能优点的互补，从而获得单一材料无法达到的高弹性模量、高强度以及轻量化等性能优点。借助于LBAM技术快速非平衡凝固特点直接获得高强度硬质相以及高韧性相的复合组织，同时采用多种跨尺度强化/增塑机制可实现铁基复合材料强度及塑性的协同提升。故LBAM技术有望为高性能铁基复合材料的快速制造提供一条新型、高效、经济的途径。

近日，宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室王永刚教授团队在《International Materials Reviews》上发表了题为“Feedstock preparation, microstructures and mechanical properties for laser-based additive manufacturing of steel matrix composites”的综述文章。《International Materials Reviews》是材料科学领域顶尖综述期刊，受到行业人员的广泛关注，年文章数不足20篇。实验室陈洪宇博士为论文第一作者，德国莱布尼茨固体材料研究所Kosiba Konrad教授和王永刚教授为论文通讯作者，该研究获得国家自然科学基金（No.11972202, 51905279）及浙江省自然科学基金（No.LQ23E050010）等资助。

【要点解读】

本文总结了目前激光增材制造铁基复合材料的相关研究，系统地探讨了复合材料粉末-成形工艺-显微组织-力学性能一体化调控思路。本文提出了激光增材制造铁基复合材料控形控性技术路线图（图1），揭示了基于激光增材制造的铁基复合材料增强相选择原则，明晰了激光增材制造专用铁基复合材料粉末制备原理及适用场景，阐明了不同类型增强相作用下激光增材制造铁基复合材料相变、晶粒生长及织构特征演变规律（图2），讨论了激光增材制造快速熔化/凝固机制作用下增强相析出行为（图3），总结了不同相组成铁基复合材料激光增材制造成形件力学性能及相应的强韧化机制（图4）。本文为研究人员和工程师进一步探索开发高性能铁基复合材料及其增材制造提供科学见解。同时，本文指出了激光增材制造铁基复合材料领域未来的发展趋势，为后续的研究提供了参考思路，以期促进增材制造高性能铁基复合材料控形控性技术发展。

图1 激光增材制造铁基复合材料控形控性技术路线图

图2 激光快速作用下铁基复合材料组织演变规律

图3 激光增材制造快速熔化/凝固机制作用下增强相析出行为

图4 激光增材制造铁基复合材料力学性能对比及其典型的TRIP强化机制

文章链接：

https://doi.org/10.1080/09506608.2023.2258664