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面对航空航天与能源产业领域对耐高温材料日益增长的需求，科研人员对新材料的探索愈发深入。近年来，激光粉末床熔融技术（LPBF）作为一种先进增材制造技术，由于能制备几何形状复杂且高性能的材料部件而备受关注。该技术通过对微观结构的精确控制，确保制备的部件在极端工况（如高温、高应力）下性能的可靠性，已成为制备耐高温材料的理想工艺。因此，目前的研究聚焦于探索由LPBF技术制备的铬镍铁合金（In625）基复合材料（MMCs）的高温力学特性。
然而，基材与增强剂之间的界面结合强度不足会导致载荷传递效率的下降，从而无法获得预期的增强效果，直接影响到材料的微观结构，继而影响到材料的整体力学性能与使用寿命。在此背景下，增材制造（AM）技术在制备In625基MMCs中展现了巨大的潜力，通过精准控制激光束逐层熔融金属粉末，实现了复合材料的均匀致密成型，这对于优化MMCs的综合性能至关重要。
汉阳大学的研究团队证明了通过LPBF技术制备的In625基MMCs在高温力学性能上有显著提升。通过将细小的陶瓷颗粒——二硼化钛（TiB2）、碳化钛（TiC）、二硼化锆（ZrB2）及碳化锆（ZrC）分别与In625粉末混合，制备了MMC原料。实验结果显示，In625与TiB2复合材料在800℃下展现出卓越的强度-延展性组合，尤其在150 MPa拉伸应力下，呈现出优异的抗蠕变性能。
深入的微观结构表征、热力学计算和原子模拟揭示，TiB2的加入促进了锯齿状晶界的生成，并在晶界附近形成了富含(Cr, Mo)的硼化物相，同时在基体内部弥散分布了纳米级的(Ti, Al, Nb)-氧化物相。这些结构特征有效地抑制了有害高温相的形成，提高了材料的高温性能。该研究不仅拓宽了In625高温合金的固有热属性，还验证了硼化物掺杂对材料性能改善的突出作用，以及针对LPBF工艺定制MMC粉末的重要性。
相关研究成果以题为“Superior high-temperature mechanical properties and microstructural features of LPBF-printed In625-based metal matrix composites”的论文发表在《Materials Today》上。
图1. （a）掺杂TiB2 颗粒的In625粉末的SEM图像，（b）采用EOS M290系统通过LPBF技术制备的In625+TiB2样品，（c-d）CT三维重建显示In625与In625 TiB2样品在打印过程中形成的孔隙，（e-f）In625与In625+TiB2样品的SEM图像，（g-h）In625与In625+TiB2的EBSD取向图，（i）In625+TiB2的STEM/EDX测试显微图像。
图2.（a）室温下In625及其金属基复合材料的拉伸应力-应变曲线，（b）各材料的相对于拉伸应变的比较性能，（c）各材料的相对于拉伸应变的比较性能。
图3.（a）纯In625及其金属基复合材料在800℃时的应力-应变曲线，（b）在800°C时，In625+TiB2与文献中不同合金强度-塑性对的比较图，（c-d）变形后的In625和In625+TiB2的BF-TEM图像和STEM-EDS图，（e-f）纯In625与In625+TiB2的IPF图像。
图4.（a）在800℃和150 MPa条件下In625及其金属基复合材料试样的蠕变试验结果，（b）外加应力的蠕变实验与其他蠕变试验结果的断裂应变对比分析，（c）外加应力与其他蠕变试验结果的破裂时间对比分析，（d）In625与In625+TiB2的温度相关相分数图，（e）在800℃温度及150 MPa应力下，In625+TiB2蠕变后的原子探针层析成像数据，（f）ROI内APT数据的原子浓度图。
-编辑：王云飞-
-审核：丁孝禹-
-终审：王梁-
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浙江工业大学
激光先进制造研究院
