液态金属辅助激光粉末床熔融原位调控奥氏体钢微观结构及强度提升的创新研究

本文创新性地提出液态金属辅助激光粉末床融合（LMA-L-PBF）技术，通过液态Sn的高导热性和流动性实现奥氏体不锈钢（316L SS）的微观结构精准调控。该技术突破传统粉末床熔融（L-PBF）的层间限制，显著降低粉末消耗，并利用原位热处理获得亚微米-微米级异质晶粒结构，使材料屈服强度达1.1 GPa、抗拉强度1.5 GPa，同时保持7%均匀延伸率。研究为增材制造（AM）工艺和沉淀强化合金提供了普适性强化策略。

　　

Highlight

本研究开发了一种革命性的液态金属辅助激光粉末床熔融（LMA-L-PBF）技术，通过液态Sn的独特热管理特性，实现了对奥氏体不锈钢（316L SS）微观结构的精准"雕刻"。

Equipment and Processes

自主研发的LMA-L-PBF系统采用500 W IPG光纤激光器（光斑直径80 μm），液态Sn的高表面张力使316L SS材料始终悬浮于液面，大幅减少粉末用量。

Austenitic stainless steel powders

实验采用气体雾化法制备的微合金化316L SS（MA-ASS）粉末（粒径15-53 μm），其化学成分通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）严格验证。

Microstructural evolution

通过构建归一化工艺图（图3），研究发现激光热输入可激活MA-ASS在固-液界面的异质形核，形成从亚微米到微米级的"晶粒梯度森林"。

Deformation mechanisms in MA-ASS

原位电子背散射衍射（in-situ EBSD）显示：拉伸过程中晶粒特征变化微小，但晶体旋转导致<001>择优取向度降低，这种"晶体芭蕾"行为是保持高塑性的关键。

Conclusions

LMA-L-PBF技术通过液态Sn的"热淬火效应"和动态再结晶，创造了传统L-PBF无法实现的异质晶界结构，为航空航天等领域的高性能构件制造开辟新途径。