來源：焊接科學(xué)
鈦基復(fù)合材料（TMC）優(yōu)異的綜合性能使其成為航空航天和生物醫(yī)學(xué)等重要行業(yè)的有前途的候選材料息尺。激光增材制造（LAM）技術(shù)促進了鈦基材料的制造更加便捷达玉、高效驶鹉。LAM制造的TMC的微觀結(jié)構(gòu)和性能受到多種變量的影響夯架，例如工藝和粉末參數(shù)森烦。為了增強復(fù)合材料，研究人員嘗試了各種增強材料湿斩。然而籍投，缺陷和非預(yù)期的微觀結(jié)構(gòu)經(jīng)常導(dǎo)致性能不佳。最近的研究探索了通過將LAM與輔助處理工藝相結(jié)合來增強材料性能的可能性忧埠。此外圣烤，數(shù)值模擬已被用來優(yōu)化TMC的LAM過程、闡明機制并進行預(yù)測。
近日喘建，哈爾濱工業(yè)大學(xué)姜風(fēng)春教授显驼、王建東副教授團隊在《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》發(fā)表最新綜述文章“Laser Additive Manufacturing of Ceramic Reinforced Titanium Matrix Composites: A Review of Microstructure, Properties, Auxiliary Processes, and Simulations”，對LAM技術(shù)生產(chǎn)的TMC的當(dāng)前研究進行了全面回顧坯临，強調(diào)了其未來發(fā)展的潛力焊唬。通過建議的研究工作可以潛在地促進LAM制造的TMC的技術(shù)發(fā)展和實際應(yīng)用。姜風(fēng)春教授和王建東副教授為共同通訊作者看靠，曾禹周博士為第一作者求晶。
圖1. LAM 制造的 TMC 概述。
圖2. LMD系統(tǒng)示意圖衷笋。
圖3. 微結(jié)構(gòu)形成過程示意圖：(a) LMD 過程；(b1-2)微米TiC/Ti6Al4V復(fù)合材料矩屁；(c1-2)納米TiC/Ti6Al4V復(fù)合材料辟宗；(d1-2)納米/微米TiC/Ti6Al4V復(fù)合材料
結(jié)論與展望總之，該綜述回顧性地討論了對鈦基復(fù)合材料(TMC)的基本了解以及通過激光增材制造(LAM)制造的TMC的最新技術(shù)吝秕。隨著增材制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進程的不斷推進泊脐，材料-工藝-結(jié)構(gòu)-性能/功能的相互關(guān)系和集成日益受到重視。本綜述展示了采用各種參數(shù)和不同類型增強材料的TMC的微觀結(jié)構(gòu)和性能烁峭。研究人員進行了充分的研究容客，揭示了LAM的影響因素及其對TMC的作用機制，并優(yōu)化了工藝流程挤毯。然而蛙途，由于工藝和材料的某些固有特性，LAM制造的TMC仍然存在各種類型的缺陷和問題两漫。抑制孔隙和裂紋或適當(dāng)調(diào)節(jié)柱狀晶粒和魏氏組織結(jié)構(gòu)是很困難的汤袭，盡管它們在絕大多數(shù)情況下都是不希望出現(xiàn)的。幸運的是宅集，熱處理席栅、超聲波處理和電磁處理等輔助處理工藝已被證明可以有效解決這些問題。此外拔灾，模擬研究可以通過定量和可視化的方式幫助更深入地了解復(fù)雜的多尺度熱力學(xué)演化的行為署霸，從而為推進該領(lǐng)域的探索提供指導(dǎo)。TMC的材料選擇碳化鈦继锰、硼化鈦和氮化鈦等陶瓷材料受到LAM領(lǐng)域TMC的青睞赠魂，原因有兩個。一方面钮咱，這些陶瓷由于其較高的模量和硬度耍才，以及與鈦合金良好的相容性，可以對鈦材料提供顯著的強化和硬化效果航夺，這可能會拓寬高性能TMC和鈦合金的未來應(yīng)用場景蕉朵。從而促進先進復(fù)合材料的發(fā)展崔涂。另一方面，LAM技術(shù)由于其能量密度高始衅、效率高冷蚂、靈活性好、材料浪費少等顯著優(yōu)勢汛闸，為生產(chǎn)耐火陶瓷增強復(fù)合材料提供了一種有效的方法蝙茶。因此，先進的LAM技術(shù)的發(fā)展也將通過適應(yīng)新材料而加速诸老。值得一提的是隆夯，除了外源添加的手段外，還可以通過原位的方式生成預(yù)期的增強相别伏，這對于提高TMCs的力學(xué)性能具有重要意義蹄衷。相應(yīng)地，陶瓷粉末的替代材料厘肮，例如本綜述中提到的石墨烯納米片和碳納米管愧口，值得進一步研究。此外咆杯，最近還注意到一種新的增材制造TMC的原理或方法幌瓦，它利用甲烷（CH4）或氮氣（N2）與鈦合金液池之間的氣液反應(yīng)來獲得納米級原位TiC或TiN加強。初步研究表明终太，通過這種方法可以實現(xiàn)高強度和良好塑性性能的良好結(jié)合苫担。這表明原料材料和相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新將是有價值的研究方向之一，可能會解決TMC中傳統(tǒng)LAM工藝的棘手問題辰丛。輔助工藝探索目前旬城，LAM生產(chǎn)的TMC面臨著獲得更好綜合性能的挑戰(zhàn)。雖然增強顆粮萁椋可以通過提高成核率和促進晶粒的等軸過程來幫助減少強織構(gòu)和各向異性卒赖，但會出現(xiàn)強度和延展性之間不平衡的新問題。盡管屈服強度或斷裂強度顯著提高村肯，但變形能力的急劇惡化被認為是一個現(xiàn)實的棘手問題睡清，特別是當(dāng)增強顆粒含量較高時。此外喊解，孔隙刨仑、裂紋和不期望的微觀結(jié)構(gòu)的形成會加劇這個問題。一方面夹姥，適當(dāng)調(diào)整工藝參數(shù)杉武、選擇球形度高、流動性好的粉末、實施預(yù)熱轻抱、添加抗裂劑等可能是防止上述問題的潛在途徑飞涂。另一方面，采用輔助過程也可以通過施加外部能量場來改善這些問題祈搜。目前较店，傳統(tǒng)熱處理在改進LAM制造的TMC方面取得了令人矚目的發(fā)展。盡管如此容燕，這種方法通常需要大型熔爐設(shè)備梁呈、充足的加工時間和精確的過程控制，這增加了研究和生產(chǎn)成本蘸秘。鑒于此官卡，迫切需要一種更有效、更簡單的方法來協(xié)調(diào)TMC的綜合機械性能僚洋。目前已有許多最新募型、先進的輔助工藝成功應(yīng)用于原位合成TMCs或LAM制造的鈦合金，如超聲處理（超聲振動杠尘、超聲沖擊、超聲滾壓等）理斜、表面處理（噴丸）等酗裕。噴丸、激光沖擊噴丸伐薯、超聲波噴丸等）弥禀、電脈沖等。目前诡岂，對采用這些治療技術(shù)的TMC的LAM進行的研究很少骏芍。很快，嘗試將這兩個領(lǐng)域結(jié)合起來可能是值得的登鄙，因為這可能有助于發(fā)現(xiàn)有效的方法來突破LAM制造的TMC面臨的挑戰(zhàn)既憔。模擬開發(fā)如上所述，各種輔助工藝有可能被引入TMC的LAM制造中骤公，從而為定制其微觀結(jié)構(gòu)和機械性能帶來更多機會抚官。不同技術(shù)的結(jié)合決定了必須充分考慮熱場、聲場阶捆、磁場凌节、變形場等多物理場耦合的復(fù)雜問題。對于TMC來說洒试，基體和增強材料各自的相演化行為和強化/增韌機制可能會進一步拓寬研究范圍倍奢。隨著各種模擬思想、方法論和計算工具的發(fā)展，這些深刻的機制和科學(xué)問題將得到更好的闡明卒煞。通訊作者王建東痪宰，男，1987年11月出生跷坝，博士酵镜，副教授，材料科學(xué)與工程專業(yè)碩士生導(dǎo)師柴钻。2018年7月入職哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院先進材料成形制造團隊淮韭。近年在Additive manufacturing, Ceramics International, Journal of Materials Processing Technology, Optics & Laser Technology 、中國激光等國際知名雜志上發(fā)表論文20余篇淫蜕，申請發(fā)明專利10余項恐氓。作為項目負責(zé)人承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、基礎(chǔ)研究重點項目激光增減材復(fù)合制造裝備與技術(shù)專題肩检、國家重點研發(fā)計劃“制造技術(shù)與關(guān)鍵部件”專項“大面積柔性沉底微納傳感器關(guān)鍵技術(shù)”子任務(wù)叛剩、黑龍江省自然科學(xué)基金聯(lián)合引導(dǎo)項目、中國博士后科學(xué)基金面上資助泉疆、中央高信闪希基本科研業(yè)務(wù)費項目等多個項目。作為技術(shù)骨干參與國家重點研發(fā)計劃項目2項滑攘、國家重點研發(fā)計劃政府間國際合作項目1項腊匆、上海航天創(chuàng)新基金1項。Additive manufacturing超璧、Materials Science & Engineering A隙趣、International Journal of Mechanical Sciences、Optics & Laser Technology嘴缓、Rapid Prototyping Journal旱万、Rare Metal Materials and Engineering、Acta Metallurgica Sinica (English Letters) 吐句、中國激光胁后、中國科學(xué)等雜志審稿人。主要研究方向為金屬及金屬基復(fù)合材料的激光熔化沉積嗦枢、點陣結(jié)構(gòu)及復(fù)合材料的選區(qū)激光熔化择同、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的增減材復(fù)合制造等。姜風(fēng)春净宵，男敲才，1963年2月出生，工學(xué)博士择葡，教授紧武，材料學(xué)科博士生導(dǎo)師剃氧。國家重點研發(fā)計劃“增材制造與激光制造”項目首席專家。現(xiàn)任黑龍江省增材制造創(chuàng)新團隊負責(zé)人阻星、哈爾濱工程大學(xué)先進材料成形與制造團隊負責(zé)人朋鞍、煙臺研究（生）院先進材料與制造技術(shù)團隊負責(zé)人、山東省“十大產(chǎn)業(yè)”智庫首批專家妥箕、中國力學(xué)學(xué)會爆炸力學(xué)專業(yè)委員會委員滥酥、科工局軍用材料基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)專家、中國3D打印聯(lián)盟理事涮婿。1987年7月畢業(yè)于哈爾濱船舶工程學(xué)院金屬材料及熱處理專業(yè)棍丽，1994年4月和2000年4月在哈爾濱工程大學(xué)分別獲得機械學(xué)碩士學(xué)位和固體力學(xué)博士學(xué)位，先后在該校被聘任為助教掠佛、講師和副教授慈翔。2001年6月至2011年4月在美國University of California, San Diego（UCSD）機械與航空航天系工作，先后任博士后研究員和助理項目科學(xué)家蔽碘，2011年4月全職回國工作因镊，組建了先進材料成形與制造研究團隊。目前主要進行金屬復(fù)合材料優(yōu)化設(shè)計與制造武慨、增材制造技術(shù)與裝備晋劫，開展了重型增減材復(fù)合制造技術(shù)與裝備研究領(lǐng)域、研發(fā)了國內(nèi)第一臺超聲波快速固結(jié)成形與增材制造裝置行掰，應(yīng)用超聲波快速成形與制造技術(shù)在國內(nèi)率先開展了金屬層狀復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)怎机、以及金屬空心球復(fù)合材料制造技術(shù)研究。迄今為止血庐，已經(jīng)發(fā)表學(xué)術(shù)論文160 余篇，申請國家發(fā)明專利30余項锐朴。論文引用Zeng Y, Wang J, Liu X, et al. Laser Additive Manufacturing of Ceramic Reinforced Titanium Matrix Composites: A Review of Microstructure, Properties, Auxiliary Processes, and Simulations[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2023: 107941.https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2023.107941
