單晶高溫合金相比多晶材料具有更好的高溫強(qiáng)度、抗蠕變和抗疲勞性能，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片等。增材制造技術(shù)不僅可以對(duì)單晶葉片進(jìn)行修復(fù)，在單晶葉片的制造領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。金屬增材制造過(guò)程是典型的超快、動(dòng)態(tài)、非可逆過(guò)程，HEPS結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)線站建設(shè)團(tuán)隊(duì)基于BSRF開(kāi)發(fā)了金屬增材制造原位表征平臺(tái)，利用時(shí)間分辨Laue衍射技術(shù)，動(dòng)態(tài)捕捉到鎳基單晶外延生長(zhǎng)過(guò)程中的瞬態(tài)晶體轉(zhuǎn)向和雜晶生長(zhǎng)過(guò)程，解決了傳統(tǒng)手段無(wú)法原位表征增材制造“中間過(guò)程、內(nèi)部結(jié)構(gòu)”的困難；并結(jié)合有限元模擬及分子動(dòng)力學(xué)仿真，揭示了高斯光束不均勻加熱所帶來(lái)的局域變形、與晶體轉(zhuǎn)向及雜晶形核之間的內(nèi)在聯(lián)系，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)單晶葉片激光增材制造及修復(fù)過(guò)程中晶體取向控制提供了重要理論依據(jù)。?

　　此實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展也為在第四代同步輻射光源上建設(shè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)線站、開(kāi)展超快X射線探測(cè)進(jìn)行了技術(shù)儲(chǔ)備和方法驗(yàn)證。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)線站是HEPS特色線站之一，主要聚焦于增材制造、動(dòng)態(tài)加載等不可逆過(guò)程的超快時(shí)間分辨原位、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)表征，研究先進(jìn)材料從制造到服役全周期過(guò)程中的微觀缺陷和組織演變規(guī)律，可將超快X射線探測(cè)的時(shí)間分辨率由目前的1ms提升到400ps，有望在金屬增材制造及其他激光加工領(lǐng)域發(fā)揮出更大的應(yīng)用價(jià)值。?

　　中科院高能所博士研究生張東升、中國(guó)航發(fā)航材院劉偉高級(jí)工程師為論文的共同第一作者，中科院高能所張兵兵副研究員、陶冶研究員、中物院流體物理所陳森助理研究員為論文的共同通訊作者。上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、高能同步輻射光源項(xiàng)目、中科院青促會(huì)以及國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。?

　　原文鏈接: https://doi.org/10.1038/s41467-023-38727-8

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圖1 鎳基單晶高溫合金激光快速熔凝過(guò)程中的X射線Laue衍射時(shí)間序列圖譜

圖2 凝固階段晶體轉(zhuǎn)向機(jī)理的有限元模擬和分子動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果?

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