综述：用于糖尿病伤口治疗的天然活性成分水凝胶复合物

《Materials & Design》：Hydrogel complex of natural actives for diabetic wound treatment

研究探讨了激光粉末床融合（PBF-LB）加工316L不锈钢时，打印能量密度与粉末再利用对缺陷演变及氢脆敏感性的影响。发现低能量密度（LED）样品孔隙率高达1%，晶粒更细但氢脆敏感性显著增强，而高能量密度（HED）样品孔隙率降低至0.03%，晶粒更粗大且结构更均匀，表现出更好的抗氢脆性能。氢充值后LED样品延展性下降50%，断裂模式以 cleavage 和 intergranular fracture 为主，而HED样品延展性仅下降29%，呈现更均匀的韧窝断裂。结果表明，能量密度通过调控孔隙率和晶界特征，显著影响材料抗氢脆能力，为循环经济下增材制造材料可靠性提供了重要依据。

　　本研究探讨了在激光粉末床熔融（PBF-LB）工艺中，使用混合回收粉末制造的316L不锈钢在氢脆（HE）环境下的性能变化。研究发现，打印能量密度和回收粉末的使用历史对材料内部缺陷的形成、微观结构演变以及氢脆敏感性具有显著影响。通过比较低能量密度（LED）和高能量密度（HED）两种条件下的样品，研究揭示了能量输入在提升材料致密性和减少缺陷方面的关键作用。LED样品的孔隙率约为1%，而HED样品的孔隙率仅约为0.03%，这表明在较低能量密度下，材料更容易出现缺陷，从而影响其结构完整性。在氢气环境中，这些缺陷可能成为氢渗透的通道，增加材料脆化的风险。

在PBF-LB工艺中，打印参数对材料的微观结构和性能具有决定性影响。LED和HED样品的打印参数不同，例如激光功率、扫描速度和扫描间距，这些参数的变化导致了不同的微观结构特征。低能量密度下，材料冷却速率更快，导致晶粒细化，但同时也带来了更多的内部缺陷。相比之下，高能量密度的打印条件有助于提升材料的致密性，减少孔隙和未熔合缺陷，从而改善材料的力学性能。晶粒细化虽然能够提高材料的强度，但同时也增加了晶界面积，这可能为氢扩散和聚集提供更多的路径，从而加剧氢脆现象。

研究还采用了电子背散射衍射（EBSD）技术对样品的微观结构进行了详细分析。结果表明，LED样品中存在更多的低角度晶界（LAGBs）和高角度晶界（HAGBs），而HED样品的晶界分布更为均匀。此外，LED样品中Σ3孪晶边界的比例较低，而HED样品中该比例较高。这些晶界特征的变化可能影响材料在氢气环境下的性能表现，例如孪晶边界可以阻碍裂纹扩展，从而提高材料的韧性。同时，孔隙的存在可能成为裂纹萌生和扩展的起点，特别是在氢气环境中，孔隙可能促进氢的渗透和局部脆化。

为了进一步评估材料的氢脆性能，研究进行了氢气充注实验，并结合慢应变速率拉伸测试（SSRT）分析了材料的力学行为。结果表明，氢气充注对材料的抗拉强度影响较小，但显著降低了材料的延展性，特别是在LED样品中。这种现象可能与LED样品中较高的孔隙率和更复杂的微观结构有关。相比之下，HED样品在氢气充注后仍表现出较高的延展性，说明其结构对氢气的敏感性较低。拉伸测试中，LED样品的断裂形态主要表现为脆性断裂，而HED样品则表现出更多的韧性断裂特征，如微孔和裂纹扩展区域。这些结果强调了打印参数和回收粉末使用历史对材料性能的重要性。

研究还指出，回收粉末的使用可能会导致粉体粒径分布的改变、表面氧化以及粉体流动性下降，这些因素可能影响打印过程中粉末的铺展和熔融效果，从而增加缺陷的形成概率。特别是，多次使用后的粉体容易出现碎裂、卫星颗粒附着和聚集现象，这些都会降低粉体的均匀性和流动性，影响最终产品的质量。因此，在实际工业应用中，回收粉末的使用需要更加谨慎，以确保材料的结构可靠性。

从经济和环境角度来看，使用回收粉末可以显著降低材料成本。316L不锈钢粉末的成本通常较高，而通过回收和再利用，可以减少对新粉末的需求，从而降低整体制造成本。研究估算，在相同制造条件下，使用回收粉末可节省约95%的材料成本。然而，回收过程也存在一定的挑战，例如需要对粉体进行筛分和惰性气体吹扫，以去除氧化物和杂质。尽管这些步骤会增加一定的处理成本，但总体而言，回收粉末仍然是提高材料利用效率和降低制造成本的有效手段。

本研究的结果对于推动可持续的增材制造（AM）实践具有重要意义。在实际工业应用中，回收粉末的使用是减少原材料消耗和降低环境影响的重要策略。然而，为了确保材料的结构可靠性和性能稳定，必须对打印参数进行精细控制，特别是在涉及氢气环境的高风险应用中。未来的研究可以进一步探讨不同打印参数对材料性能的影响，以及如何通过优化工艺条件来减少氢脆的发生。此外，研究还建议采用更先进的表征技术，如氢渗透测试和热脱附光谱，以更精确地评估材料中氢的分布和行为，从而为开发更加可靠的AM材料提供理论依据。

总的来说，本研究揭示了在PBF-LB工艺中，回收粉末的使用与打印能量密度之间的复杂关系。通过调整能量密度，可以有效控制材料的微观结构和缺陷分布，从而改善其在氢气环境下的性能。然而，回收粉末的使用也可能带来一些负面影响，例如增加孔隙率和晶界复杂性，这需要在工艺设计和材料选择时进行综合考虑。因此，未来的增材制造研究应更加关注材料回收和再利用的可行性，同时探索如何通过优化工艺参数来减少这些负面影响，从而提高材料的性能和可靠性。