綜述：金屬增材制造—微觀結(jié)構(gòu)演變與多階段控制（二）

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來(lái)自深圳大學(xué)的學(xué)者及其合作者發(fā)表了綜述：重點(diǎn)提出了一種金屬增材制造的綜合加工圖；在熔池凝固過(guò)程中和之后，增材制造的微觀結(jié)構(gòu)的發(fā)展；分析了多尺度微觀結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制，并提出了微觀結(jié)構(gòu)的控制方法。本文為第二部分。

3.1.2 初生晶粒的形態(tài)學(xué)
紋理晶粒的普遍存在導(dǎo)致打印金屬元件的各向異性機(jī)械性能，這通常被認(rèn)為是不受歡迎的，因?yàn)樗鼈冊(cè)诠�業(yè)應(yīng)用中暴露了一些挑戰(zhàn)[71, 94]。已經(jīng)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)來(lái)改變?cè)霾闹圃煳⒂^結(jié)構(gòu)的晶粒形態(tài)。事實(shí)上，在增材制造的快速凝固過(guò)程中，熔融液體中的異質(zhì)成核位點(diǎn)仍可能形成一些等軸晶粒，這些等軸晶粒是由柱狀枝晶前沿先前成核的晶體或氧化物顆粒的碎片引入的，如圖4（a）所示。當(dāng)?shù)容S晶粒的數(shù)量和尺寸足夠大以阻止柱狀固液前沿的推進(jìn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生柱狀到等軸轉(zhuǎn)變（CET）。如圖4（e）所示，在CET圖的右下部分（當(dāng)溫度梯度高且時(shí)），在凝固過(guò)程中有利于形成柱狀晶粒，這在增材制造中很普遍。從理論上講，降低溫度梯度和增加凝固速率可以促進(jìn)CET，就像發(fā)生在單個(gè)熔池的頂層那樣。然而，在增材制造過(guò)程中，頂層部分或完全重熔以確保與下一層的良好冶金結(jié)合，這導(dǎo)致等軸晶粒的損失和最終金屬部件中產(chǎn)生完全柱狀晶粒形態(tài)[100]。

▲圖4 （a）快速凝固過(guò)程中固液界面柱狀和等軸晶粒生長(zhǎng)示意圖。（b）由于溶質(zhì)在液體和固體中的溶解度不同，導(dǎo)致固液界面前的溶質(zhì)分離。（c）典型相圖的一部分，表示結(jié)構(gòu)過(guò)冷。（d）固液界面前端溶質(zhì)偏析引起的結(jié)構(gòu)過(guò)冷。（e）表示增材制造的柱狀到等軸轉(zhuǎn)換的示意圖。

實(shí)際上，對(duì)于熔池中高度局部化的凝固情況，很難在很寬的范圍內(nèi)調(diào)整增材制造的熱條件。據(jù)報(bào)道，由于溫度梯度和凝固速率之間的比率變化很小，且掃描速度較高，熔池的低滲透深度只能促進(jìn)部分CET。一些分析和數(shù)值模擬結(jié)果表明，增加光束功率可以降低溫度梯度，同時(shí)增加功率也會(huì)降低凝固速率，從而產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)。最終結(jié)果是從柱狀到混合/等軸微觀結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)。因此，通過(guò)引入大量晶核來(lái)提高異質(zhì)成核率是一種更有效的促進(jìn)CET的方法。例如，La2O3納米顆粒已被用于生產(chǎn)全等軸鈦和NiTi合金 。ZrH2納米粒子已被用于促進(jìn)具有等軸結(jié)構(gòu)的鋁合金的制造。此外，熔體中天然存在的晶核可以通過(guò)聲空化激活，從而提高異相成核速率并促進(jìn)鈦合金的CET。許多建模工作也支持這種觀點(diǎn)。基于現(xiàn)象學(xué)模型對(duì)鎳基高溫合金的CET進(jìn)行敏感性分析，發(fā)現(xiàn)成核體積密度比任何工藝參數(shù)的影響都更大。


3.2 枝間二級(jí)相
在柱狀枝晶晶粒之間的枝晶間區(qū)域，在增材制造凝固的最后階段形成了一些細(xì)相[108]。這些枝晶間析出物可以看作是凝固結(jié)構(gòu)的第二相，如圖5（a）所示。在增材制造的背景下，固液前沿在凝固過(guò)程中迅速移動(dòng)。小的熔池通常不允許有足夠的時(shí)間讓溶質(zhì)原子完全擴(kuò)散出溶劑基質(zhì)，在初級(jí)柱狀相中留下過(guò)飽和的固溶體。然而，對(duì)于一些分配系數(shù)較小的合金，可以更容易地將溶質(zhì)原子排斥到枝晶間液體中，第二相可以在柱間/枝晶間區(qū)域形成，如圖5（b-e）所示。具體來(lái)說(shuō)，由于合金元素在固相與液相中的溶解度不同，鋁合金中的Si [109]、鎳高溫合金中的Nb [76]、高熵合金中的Al [110] Ag-Cu-Ge 合金中的Cu等元素傾向于偏析到枝晶臂周?chē)�的液體中。偏析改變了合金的局部熱力學(xué)，因此提供了在枝晶間區(qū)域形成第二相的驅(qū)動(dòng)力。第二相可以作為強(qiáng)化相。然而，由于延展性差和晶界聚集，這種類(lèi)型的微觀結(jié)構(gòu)通常不利于延展性，因?yàn)樗�在斷裂過(guò)程中提供了首選的裂紋路徑[76]。此外，脆性二級(jí)相的形成是制造過(guò)程中產(chǎn)生熱裂紋的根本原因，由于其高殘余應(yīng)力，在增材制造中應(yīng)該消除這種現(xiàn)象[73]。一般來(lái)說(shuō)，較高的冷卻速度為溶質(zhì)元素的擴(kuò)散提供的時(shí)間較短，因此在枝晶間區(qū)域形成的二級(jí)相較少。

▲圖5 （a）在增材制造過(guò)程中凝固的最后階段形成的枝晶間第二相示意圖。（b）由DED制造的Al 4047合金中枝晶間硅相的掃描電子顯微鏡圖像。（c）由DED制造的IN 718中Nb的偏析而形成的枝晶間δ相。（d）電子背散射衍射相圖顯示了由SLM打印的Al0.5CoCrFeNi高熵合金中的Al原子偏析而形成的枝晶間BCC相[110]。（e）在Ag-Cu-Ge合金中周期性排列的不連續(xù)的富銅沉淀物。

4. 增材制造過(guò)程中形成的凝固后結(jié)構(gòu)
在單個(gè)熔池凝固后，增材制造過(guò)程對(duì)先前凝固的區(qū)域施加循環(huán)加熱效應(yīng)，導(dǎo)致復(fù)雜的熱歷史和建筑材料中顯著的殘余應(yīng)力積累。熱場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的結(jié)合會(huì)引發(fā)高密度位錯(cuò)的形成，最終形成位錯(cuò)單元結(jié)構(gòu)。此外，凝固零件所經(jīng)歷的連續(xù)熱循環(huán)會(huì)引起固有的熱處理效應(yīng)，這可能會(huì)導(dǎo)致先前凝固的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生沉淀反應(yīng)。由于位錯(cuò)胞和析出物的形成過(guò)程低于熔點(diǎn)，它們可以被視為增材制造的凝固后微觀結(jié)構(gòu)（如圖2（c）和（d）所示）。值得注意的是，某些合金也會(huì)發(fā)生固態(tài)相變；然而，由于與傳統(tǒng)制造方法相比缺乏獨(dú)特的特征，因此不包括在本綜述中。

4.1 熱應(yīng)力形成的位錯(cuò)胞
作為增材制造金屬材料中的另一種典型結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的制造方法相比，位錯(cuò)胞為該材料提供了額外的強(qiáng)化；因此，引起了他們極大的興趣。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究和多物理場(chǎng)建模，位錯(cuò)胞的物理起源可歸因于循環(huán)再加熱過(guò)程中積累的內(nèi)部熱應(yīng)力[117]。據(jù)報(bào)道，在增材制造過(guò)程中，熱收縮和膨脹的局部應(yīng)變高達(dá) 1.7% ，這會(huì)導(dǎo)致在柱狀晶粒中形成高密度位錯(cuò)。在相對(duì)較高的溫度下，位錯(cuò)可以獲得額外的自由度，從而推動(dòng)位錯(cuò)上升。這使得位錯(cuò)在初始階段排列成能量上有利的位錯(cuò)壁結(jié)構(gòu)，并最終發(fā)展為位錯(cuò)胞。詳細(xì)的演化過(guò)程如圖6所示。

圖6（a-c）實(shí)驗(yàn)觀察表明，位錯(cuò)密度隨著機(jī)械約束（從一維（1D）到3D約束）的增加而逐漸增加，最終導(dǎo)致產(chǎn)生可識(shí)別的位錯(cuò)細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)觀察明確表明，位錯(cuò)細(xì)胞的潛在起源是由增材制造過(guò)程中平臺(tái)的外部約束引起的內(nèi)部應(yīng)力。從另一個(gè)角度來(lái)看，在殘余應(yīng)力很小的增材制造的初始階段，可以發(fā)現(xiàn)一些離散的位錯(cuò)，但位錯(cuò)數(shù)量太少，無(wú)法纏繞在一起，如圖6（d）所示。隨著增材制造的進(jìn)行，殘余應(yīng)力在循環(huán)膨脹和收縮過(guò)程中逐漸積累，位錯(cuò)密度隨之增加（圖6（e））。在熱激活的進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)下，高密度的位錯(cuò)交織在一起并最終組裝成位錯(cuò)胞[77]，如圖6（f）所示。有些人可能認(rèn)為，位錯(cuò)胞的形成是由溶質(zhì)原子微偏析引起的，這為位錯(cuò)在冷卻傳播時(shí)的釘扎提供了一個(gè)空間框架。然而，實(shí)驗(yàn)觀察清楚地表明，沿位錯(cuò)單元的微偏析是應(yīng)變老化效應(yīng)或位錯(cuò)胞形成的副產(chǎn)品。因?yàn)槿苜|(zhì)可以在位錯(cuò)管中更快地?cái)U(kuò)散，所以沿著位錯(cuò)單元的微偏析更加明顯，如圖6（g）所示。基于這些發(fā)現(xiàn)，可以對(duì)兩種類(lèi)型的位錯(cuò)胞進(jìn)行分類(lèi)。一種純粹是由位錯(cuò)的纏繞形成的，另一種是位錯(cuò)胞與溶質(zhì)微偏析相結(jié)合。這些不同的位錯(cuò)胞可能表現(xiàn)出不同的特征，需要進(jìn)一步研究。

▲圖6 增材制造過(guò)程中位錯(cuò)胞形成過(guò)程的實(shí)驗(yàn)觀察和示意圖。具有不同程度約束的增材制造316L：（a）1D約束（b）2D約束和（c）3D約束。位錯(cuò)胞的形成過(guò)程，根據(jù)參考文獻(xiàn)重新繪制：（d）凝固后的初始階段，有少量位錯(cuò)，（e）循環(huán)加熱過(guò)程中膨脹和收縮引起的位錯(cuò)密度較高，（f）由高密度位錯(cuò)交織引起位錯(cuò)胞的形成和（e）溶質(zhì)原子在某些位錯(cuò)胞邊界上的微偏析。

位錯(cuò)胞作為一種亞晶結(jié)構(gòu)，具有調(diào)節(jié)位錯(cuò)滑移/存儲(chǔ)的能力，并促進(jìn)與變形孿晶的大量相互作用，從而在一些增材制造的金屬材料中產(chǎn)生延長(zhǎng)的硬化階段和出色的強(qiáng)度-延展性組合�；�于它們的物理起源，在增材制造過(guò)程中更多的約束或更高的殘余應(yīng)力有利于更多的位錯(cuò)胞。此外，由于位錯(cuò)胞是在機(jī)械激活多次位錯(cuò)滑移的條件下發(fā)展起來(lái)的，變形過(guò)程中所有導(dǎo)致滑移的因素，如高層錯(cuò)能和高原子尺度的摩擦應(yīng)力，都可以促進(jìn)位錯(cuò)胞的形成[118]。此外，熱歷史也影響位錯(cuò)胞的形成過(guò)程，由于冷卻速度的變化，使用不同的掃描速度（分別為7000、4250、850和283 mm/s）將單元尺寸調(diào)整為大約200 nm、250 nm、500 nm和1 μm，這會(huì)導(dǎo)致在金屬部件中產(chǎn)生不同的殘余應(yīng)力。

4.2 本征熱處理誘導(dǎo)的納米沉淀
增材制造是一個(gè)間歇性的逐道逐層構(gòu)建過(guò)程，其中時(shí)間是隱藏在加工圖之下的重要因素。通常，由于掃描速度快，所以時(shí)間間隔較短。例如，軌間時(shí)間通常遠(yuǎn)小于1秒，而層間時(shí)間，包括打印時(shí)間、重定位時(shí)間和重涂時(shí)間（僅在PBF中）較長(zhǎng)，但仍在幾十秒范圍內(nèi)，取決于樣本量和掃描策略。由于熔池的快速冷卻和小尺寸，與傳統(tǒng)熱處理相比，這些間隔時(shí)間極短。因此，在增材制造中通常會(huì)抑制固態(tài)沉淀反應(yīng)。人為地延長(zhǎng)層間時(shí)間可以觸發(fā)納米級(jí)相的沉淀。例如，通過(guò)激光增材制造，每四層沉積后暫停120秒，制造了定制設(shè)計(jì)的Fe19Ni5Ti （wt.%）合金。制成的鋼具有夾層結(jié)構(gòu)，包含混合在一起的軟硬層，如圖7（a）所示。在暫停期間，溫度下降到材料的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以下，隨后的溫度峰值觸發(fā)了熱影響區(qū)的 η 相析出（圖7（b）和（c））。

▲圖7 由于固有熱處理效應(yīng)，F(xiàn)e19Ni5Ti合金層間暫停時(shí)間延長(zhǎng)引起的納米沉淀。（a） 光學(xué)顯微照片顯示具有軟硬區(qū)域的夾層結(jié)構(gòu)。原子探針斷層掃描（APT）分析通過(guò)（b）軟區(qū)域和（c）硬區(qū)域重建體積的5nm厚切片的Ti原子圖。左圖顯示了奧氏體的APT重建，右圖顯示了馬氏體的重建。

在傳統(tǒng)熱處理過(guò)程中，峰值溫度和保持時(shí)間是兩個(gè)關(guān)鍵的加工因素。對(duì)于增材制造中的超高冷卻速率，人為地增加層間暫停時(shí)間將使原子擴(kuò)散足夠的距離并由此形成新相，從而產(chǎn)生可辨別的固有熱處理效果。此外，據(jù)報(bào)道，增加層間暫停時(shí)間可以降低制造過(guò)程中的平均溫度，從而導(dǎo)致更小的熔池，因?yàn)橛懈�多的時(shí)間將熱量傳導(dǎo)到基板；并且在熔池中可以實(shí)現(xiàn)更大的熱梯度，最后，可以制造更小的亞晶粒尺寸。例如，在Ti6Al4V的SLM過(guò)程中，將層間時(shí)間從1秒增加到10秒可以通過(guò)本征熱處理將不利的 a' 馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝?a + β 微觀結(jié)構(gòu)，較大的層間時(shí)間產(chǎn)生更精細(xì)的層狀結(jié)構(gòu)。

5. 增材制造的基本原子級(jí)結(jié)構(gòu)特征
5.1 過(guò)飽和固溶體基質(zhì)
在原子尺度上，增材制造工藝的一個(gè)有益特征是快速凝固避免了晶粒中的微觀偏析。當(dāng)移動(dòng)的液-固界面的速度快于液相中溶質(zhì)原子的擴(kuò)散率時(shí)，過(guò)量的溶質(zhì)以顯著高于平衡熱力學(xué)預(yù)測(cè)的濃度進(jìn)入固相；這種現(xiàn)象被稱(chēng)為溶質(zhì)捕獲。因此，增材制造允許生產(chǎn)具有所需元素均勻過(guò)飽和度的合金，如圖8（a）所示。過(guò)飽和溶質(zhì)原子通過(guò)扭曲晶格產(chǎn)生相當(dāng)大的彈性應(yīng)力場(chǎng)，與傳統(tǒng)方法制造的合金相比，產(chǎn)生了相對(duì)更強(qiáng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)屏障，并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的異常增強(qiáng)效果。例如，α-Al 相的過(guò)飽和固溶體，通過(guò)以極高的冷卻速率快速凝固形成，被認(rèn)為是SLM生產(chǎn)的AlSi10Mg合金異常強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)因素[127]。

▲圖8 （a）增材制造快速凝固過(guò)程形成的過(guò)飽和固溶體示意圖。（b）熔池邊界處的成分波動(dòng)。

5.2 融合邊界附近的成分偏析
除了過(guò)飽和固溶體基質(zhì)外，有時(shí)還可以在熔池邊界處觀察到化學(xué)成分波動(dòng)，表現(xiàn)為首選的蝕刻帶（圖8（b））。一些研究表明，帶狀結(jié)構(gòu)是由增材制造部件的熱影響區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)或紋理變化引起的。許多研究人員認(rèn)為，因?yàn)檫@種類(lèi)型的條帶與不同層熔化和重熔過(guò)程中的熔合邊界輪廓密切相關(guān)，所以它很可能是由固-液界面從正向流動(dòng)逆轉(zhuǎn)時(shí)的初始瞬態(tài)響應(yīng)引起的，留下額外的 熔池后部的溶質(zhì)。這種帶狀微觀結(jié)構(gòu)的確切起源尚未得到令人滿(mǎn)意的解釋。人們普遍認(rèn)為，這種原子組成波動(dòng)與溶質(zhì)原子的瞬態(tài)分配系數(shù)和/或擴(kuò)散速率變化有關(guān)。


5.3. 增材制造的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對(duì)增材制造過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)演變的全面了解為生產(chǎn)具有理想位置特定微觀結(jié)構(gòu)的金屬材料提供了巨大的潛力。通過(guò)根據(jù)位置調(diào)整材料特性，可以產(chǎn)生更有效的工程結(jié)構(gòu)。因此，通過(guò)增材制造可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能集成的智能組件。對(duì)于單一金屬，通過(guò)增材制造過(guò)程中的熱歷史的控制，已成功定制局部結(jié)晶晶粒取向、晶粒尺寸和晶粒形態(tài)，分別如圖9（a-c）所示。對(duì)于增材制造中的多材料位點(diǎn)特定微觀結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段的一些可能組合如圖9（d-h）所示，其中單一顏色代表單一合金，混合顏色代表從一種合金到另一種合金的冶金轉(zhuǎn)變。最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是將兩種不同成分的合金通過(guò)離散的過(guò)渡步驟結(jié)合在一起（圖9（d））；例如，利用SLM成功制造了具有離散界面的馬氏體時(shí)效鋼-銅和馬氏體時(shí)效鋼-低合金鋼雙金屬。圖9（e）顯示了從一種合金到另一種（具有不同微觀結(jié)構(gòu)）的逐漸過(guò)渡�；蛘撸�材料成分可以在不同位置的兩種成分之間切換，如圖9（f）所示。在其他應(yīng)用中，可能需要或甚至需要具有三種或更多種組合物（圖9（g））。此外，可以將額外的顆粒添加到基體合金中以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)（圖9（h））�？梢杂^察到，增材制造在制造過(guò)程中帶來(lái)了前所未有的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自由。

▲圖9 通過(guò)增材制造獲得的（a-c）單一材料和（d-h）多材料的位點(diǎn)特定微觀結(jié)構(gòu)。

▲圖9-1 在電子束增材制造的時(shí)候，局部熔化策略對(duì)晶粒尺寸和出生枝晶間距的定制的影響。

此外，傳統(tǒng)合金的成分設(shè)計(jì)是基于鑄造工藝，要求其主要成分的凝固范圍較小，以提高合金的可鑄性。因此，過(guò)去一直優(yōu)選具有小糊狀區(qū)的二元共晶組合物，添加一些輔助合金元素以滿(mǎn)足其他特定需求�；�于對(duì)增材制造不同階段形成的分層微觀結(jié)構(gòu)的全面了解，有必要重新設(shè)計(jì)增材制造的合金成分以發(fā)揮其真正潛力。應(yīng)考慮兩個(gè)方面：（1）應(yīng)針對(duì)增材制造的可加工性?xún)?yōu)化市售合金成分；例如，低熱膨脹系數(shù)可以降低殘余應(yīng)力，增強(qiáng)快速冷卻過(guò)程中的抗熱裂能力，從而提高增材制造成形能力。（2）應(yīng)為增材制造設(shè)計(jì)全新的合金，例如使用新的過(guò)飽和固溶體基體，利用額外的晶格強(qiáng)化效應(yīng)和高堆垛層錯(cuò)能的合金成分，形成更多的位錯(cuò)胞。
表2列出了一些針對(duì)增材制造優(yōu)化和重新設(shè)計(jì)的合金示例。為通過(guò)增材制造設(shè)計(jì)的新合金還有很多空間。

4. 總結(jié)
增材制造為生產(chǎn)具有特定部位微觀結(jié)構(gòu)的先進(jìn)金屬材料提供了極大的自由，對(duì)微觀結(jié)構(gòu)演變的深入了解是發(fā)揮其巨大潛力的先決條件�；�于融合熔池形成和結(jié)合因素的綜合加工圖，增材制造的分級(jí)顯微結(jié)構(gòu)可分為凝固結(jié)構(gòu)和凝固后組結(jié)構(gòu)。

(1) 在增材制造熔池的基礎(chǔ)上，通過(guò)整合能量和幾何因素，從而構(gòu)建了新的加工圖。圖中可以確定四個(gè)區(qū)域：I. 缺乏結(jié)合，II. 缺乏熔合，III. 過(guò)程窗口IV. 鑰孔形成。穩(wěn)定的熔化和熔池的充分重疊是生產(chǎn)完好金屬部件的必要條件。

(2) 凝固結(jié)構(gòu)包括從先前沉積的基底中外延生長(zhǎng)的初級(jí)柱狀顆粒和沿晶界析出的二級(jí)相。初級(jí)晶粒的尺寸由溫度梯度和凝固速率的乘積決定。在增材制造中，當(dāng)在液體中成核的等軸晶粒超過(guò)柱狀固液前沿的推進(jìn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生柱狀到等軸轉(zhuǎn)變。

(3) 凝固后微觀結(jié)構(gòu)包括亞微米級(jí)位錯(cuò)胞和納米級(jí)析出物。位錯(cuò)胞的物理起源是由熱應(yīng)力刺激的位錯(cuò)積累和聚集，這是由增材制造過(guò)程中不同層重復(fù)加熱過(guò)程中的循環(huán)膨脹和收縮形成的。此外，通過(guò)人為增加層間時(shí)間，可以加強(qiáng)本征熱處理，在固體部分引發(fā)沉淀反應(yīng)。

(4) 由于增材制造中的快速冷卻速度，在原子尺度上獲得了過(guò)飽和的固溶體，這為金屬材料提供了額外的強(qiáng)化。此外，當(dāng)固液界面從前向流動(dòng)逆轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)在熔池后部留下額外的溶質(zhì)，形成一種獨(dú)特的偏析結(jié)構(gòu)。

5. 展望
從更廣泛的意義上講，工藝參數(shù)和合金成分是增材制造微觀結(jié)構(gòu)的兩個(gè)決定性基本要素，如圖10所示。在增材制造過(guò)程中，輸入能量對(duì)金屬粉末的熔化有直接影響，從而通過(guò)晶粒在熔珠中的成核和生長(zhǎng)來(lái)決定最終的凝固微觀結(jié)構(gòu)。熔池的重疊引起循環(huán)熱處理，最終導(dǎo)致凝固后微觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，包括位錯(cuò)胞和納米級(jí)沉淀物。此外，由于增材制造的間歇沉積方式，存在隱含的時(shí)間和殘余應(yīng)力因素，它們對(duì)微觀結(jié)構(gòu)演化過(guò)程也有顯著影響，因此需要更多關(guān)注。從合金成分的角度來(lái)看，底層合金成分通過(guò)溶質(zhì)分布發(fā)揮內(nèi)在影響，導(dǎo)致冷卻過(guò)程中的成分過(guò)冷。具體來(lái)說(shuō)，合金的溶劑原子在凝固過(guò)程中構(gòu)成基本的周期性晶格。溶質(zhì)原子是構(gòu)成過(guò)冷的起源，對(duì)晶粒形態(tài)有重要影響。可以添加其他微量元素以進(jìn)一步定制印刷金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。此外，可以在增材制造過(guò)程中通過(guò)成分修改來(lái)進(jìn)行相位控制。在增材制造過(guò)程中，這些基本的加工和成分因素通過(guò)熱量和溶質(zhì)重新分布相互作用，共同控制增材制造的微觀結(jié)構(gòu)。因此，在未來(lái)的研究中需要采用綜合方法來(lái)發(fā)揮增材制造的巨大潛力。

▲圖10 工藝參數(shù)和合金成分是決定增材制造微觀結(jié)構(gòu)的基本要素。

文章來(lái)源：Additive manufacturing of metals:Microstructure evolution and multistage control,Journal of Materials Science & Technology,Available online 30 July 2021,https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.06.011
參考文獻(xiàn)：
Localized melt-scan strategy for site specific control of grain size and primary dendrite arm spacing in electron beam additive manufacturing，Acta Materialia
Volume 140, November 2017, Pages 375-387，https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.08.038