單晶高溫合金相比多晶材料具有更好的高溫強度、抗蠕變和抗疲勞性能，廣泛應用于航空發(fā)動機及燃氣輪機渦輪葉片等。增材制造技術不僅可以對單晶葉片進行修復，在單晶葉片的制造領域也展現(xiàn)出巨大的應用前景。金屬增材制造過程是典型的超快、動態(tài)、非可逆過程，HEPS結(jié)構動力學線站建設團隊基于BSRF開發(fā)了金屬增材制造原位表征平臺，利用時間分辨Laue衍射技術，動態(tài)捕捉到鎳基單晶外延生長過程中的瞬態(tài)晶體轉(zhuǎn)向和雜晶生長過程，解決了傳統(tǒng)手段無法原位表征增材制造“中間過程、內(nèi)部結(jié)構”的困難；并結(jié)合有限元模擬及分子動力學仿真，揭示了高斯光束不均勻加熱所帶來的局域變形、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)動機單晶葉片激光增材制造及修復過程中晶體取向控制提供了重要理論依據(jù)。 

　　此實驗的開展也為在第四代同步輻射光源上建設結(jié)構動力學線站、開展超快X射線探測進行了技術儲備和方法驗證。結(jié)構動力學線站是HEPS特色線站之一，主要聚焦于增材制造、動態(tài)加載等不可逆過程的超快時間分辨原位、實時動態(tài)表征，研究先進材料從制造到服役全周期過程中的微觀缺陷和組織演變規(guī)律，可將超快X射線探測的時間分辨率由目前的1ms提升到400ps，有望在金屬增材制造及其他激光加工領域發(fā)揮出更大的應用價值。 

　　中科院高能所博士研究生張東升、中國航發(fā)航材院劉偉高級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。上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃、高能同步輻射光源項目、中科院青促會以及國家自然科學基金委的支持。 

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

圖1 鎳基單晶高溫合金激光快速熔凝過程中的X射線Laue衍射時間序列圖譜

圖2 凝固階段晶體轉(zhuǎn)向機理的有限元模擬和分子動力學仿真結(jié)果