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復(fù)雜結(jié)構(gòu)單晶高溫合金葉片長期服役于極端高溫/高應(yīng)力耦合環(huán)境，易發(fā)生葉尖磨損失效。激光修復(fù)憑借“精準(zhǔn)控形、逐層外延”的優(yōu)勢，成為單晶葉片修復(fù)的主流技術(shù)。

近日，我院3D打印技術(shù)研究中心在《Journal of Alloys and Compounds》期刊上發(fā)表了題為“Mechanism of microstructure evolution of DD5 single-crystal superalloy fabricated by dual-wavelength laser powder bed fusion”的研究進(jìn)展，這也是國內(nèi)外首次報(bào)道DD5單晶同軸雙波長激光粉末床修復(fù)技術(shù)。針對單晶葉片非(001)晶面激光修復(fù)特有的G/R場耦合調(diào)控難題，該論文提出熔池?zé)崃W(xué)梯度與晶體外延生長的動(dòng)態(tài)耦合機(jī)制是決定單晶完整性的核心要素，而通過同軸雙波長激光協(xié)同調(diào)控可實(shí)現(xiàn)熱-力-相變多場耦合過程的精準(zhǔn)匹配。論文作者采用同軸雙波長激光粉末床修復(fù)新工藝，通過調(diào)節(jié)軸向/徑向熱流比例解決了復(fù)雜曲面非對稱熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的G/R失配問題。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過同軸雙波長實(shí)時(shí)補(bǔ)償熔池溫度梯度分布，動(dòng)態(tài)匹配枝晶外延生長方向與基底晶體取向，可保證單晶結(jié)構(gòu)連續(xù)外延生長。

該研究成果揭示了晶面取向?qū)尉暾缘臎Q定性影響，有力佐證了同軸雙波長技術(shù)在調(diào)控枝晶外延生長方面的技術(shù)優(yōu)勢和潛力，為揭示單晶葉片非(001)晶面激光修復(fù)枝晶外延生長機(jī)制和界面缺陷動(dòng)態(tài)演化規(guī)律奠定科學(xué)基礎(chǔ)，為復(fù)雜空心單晶葉片激光粉末床修復(fù)形性協(xié)同調(diào)控提供理論支撐，對于建立更廣義的復(fù)雜曲面單晶高溫合金葉片修復(fù)提供了新范式。

重慶研究院王林志副研究員為論文的第一作者兼通訊作者，該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院金屬研究所、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等支持。

圖1 同軸雙波長激光粉末床修復(fù)DD5合金晶界分布及晶面取向偏差角統(tǒng)計(jì)圖

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925838825015725