基于激光粉末床熔融技术的双结构TiC增强316L不锈钢复合材料制备与性能研究

针对316L不锈钢强度不足的问题，研究人员通过激光粉末床熔融（LPBF）技术原位分解Ti3SiC2制备双结构TiC增强复合材料，发现高激光功率下棒状TiC垂直生长与界面强化效应使抗拉强度达948.8±16 MPa，为高性能复杂构件制造提供新策略。

　　

316L不锈钢因其优异的耐腐蚀性和非磁性，在化工、医疗等领域应用广泛，但其较低的强度限制了高载荷场景的应用。传统粉末冶金法制备的陶瓷颗粒增强复合材料存在晶粒粗大、界面结合弱等问题，且难以加工复杂结构。激光粉末床熔融（LPBF）技术虽能实现复杂构件成型，但纯316L的强度仍逊于钛合金。如何通过LPBF实现高强度不锈钢复合材料的一体化制备，成为突破应用瓶颈的关键。

淮阴工学院（Huaiyin Institute of Technology）的研究团队创新性地采用Ti₃SiC₂作为前驱体，通过LPBF原位分解制备双结构TiC增强316L复合材料。研究通过调控激光功率，系统分析了Ti₃SiC₂分解动力学、TiC形貌演变与力学性能的关联机制。

关键技术包括：1）球磨法制备Ti₃SiC₂/316L复合粉末；2）多参数LPBF成型工艺；3）X射线衍射（XRD）与扫描电镜（SEM）表征相组成与微观结构；4）拉伸试验评估机械性能。

微观结构演变
研究发现Ti₃SiC₂在激光作用下分解形成独特的双结构TiC：内部为棒状TiC，外部为沿晶界断续分布的TiC。低功率时棒状TiC无序分布于狭窄界面区，Si元素扩散有限；提高功率后棒状TiC垂直生长于Ti₃SiC₂边界，伴随Si元素充分扩散至基体，界面结合强度显著提升。

力学性能优化
高功率（如250W）样品展现出948.8±16 MPa的抗拉强度，归因于：1）双结构TiC的高界面结合强度；2）固溶强化的富Si基体。断裂分析显示裂纹在TiC/基体界面处偏转，证实界面强化的有效性。

该研究通过LPBF原位合成策略，突破了传统复合材料界面弱化的技术瓶颈。双结构TiC的定向生长机制为金属基复合材料设计提供了新思路，而工艺-结构-性能的关联模型对航空航天等领域的高性能构件制造具有指导意义。论文发表于《Vaccine》，为增材制造材料开发开辟了新路径。