日前，中南大学陈超副教授团队联合中山大学黄洪涛副教授团队针对增材制造过程中原位形成氧化物弥散强化的NiCrFeY合金在《Advanced Powder Materials》上发表了研究论文，文章题目为：Microstructure and mechanical properties of an in-situ oxide-dispersion-strengthened NiCrFeY alloy produced by laser powder bed fusion。
氧化物弥散强化（ODS）高温合金因具有优异的高温力学性能和良好的抗辐射能力而被广泛应用于航空飞行器耐热结构件和核反应堆抗辐射部件。由于航空飞行器和核反应设施中个性化复杂零件的应用日益增长，催生了对增材制造ODS高温合金零件的应用需求，所以ODS高温合金零件逐渐开始使用激光粉末床熔融（Laser powder bed fusion, LPBF）制备。ODS高温合金原料通常由纳米氧化物和预合金粉末机械混合而成，在混粉过程中不可避免地造成纳米氧化物粒子的团聚。并且，氧化物粒子与基体之间的晶格参数和弹性模量失配，往往导致粒子与基体界面结合较差而形成缺陷。本研究使用激光粉末床熔融技术在特定氧含量的腔体中成形钇掺杂的NiCrFe合金，在成形合金中原位生成了大小均匀且弥散分布的Y2O3粒子，研究了LPBF成形NiCrFeY合金的显微组织演变，表征了Y2O3颗粒的形貌、分布和晶体结构，验证了合金的室温及高温力学性能。为增材制造原位形成氧化物弥散强化的合金提供了新思路。（1）验证了钇掺杂的镍基合金在增材制造过程中原位形成了均匀弥散分布的Y2O3纳米颗粒
通过TEM证实了YY2O32O3粒子在基体中的原位形成，Y2O3粒子主要分布于胞状组织的边界并钉扎了大量的位错，平均尺寸约为50 nm。
图2 TEM定性确定了NiCrFeY合金内原位形成的Y2O3粒子 
图3 LPBF成形ODS NiCrFeY合金内原位形成Y2O3粒子的示意图
（2）LPBF原位成形的ODS镍基合金具有优异的高温力学性能 由于合金中高密度位错和小角度晶界以及纳米Y2O3粒子的共同作用，使LPBF成形的NiCrFeY合金在室温下的抗拉强度为815 MPa，在600 °C下的抗拉强度为563 MPa，在800 °C下的抗拉强度为256 MPa。
图4 LPBF成形ODS NiCrFeY合金的工程应力-应变曲线
1、LPBF成形NiCrFeY合金的致密度在17.4-66.7 J/mm3激光能量密度区间时随能量密度的增加而增加，在66.7-222.2 J/mm3随能量密度的增加而降低，在66.7 J/mm3能量密度时获得最高致密度为99.6%。能量密度输入不足时，导致粉末未充分熔融而容易形成未熔缺陷，能量密度过高时，由于熔池剧烈扰动使得卷入的气体未及时溢出基体而增加了合金中的气孔缺陷。 2、LPBF成形的NiCrFeY合金内晶粒为近等轴状，沿沉积方向被拉长，晶粒内部存在大量胞状组织和高密度位错，小角度晶界占比为66%。NiCrFeY合金内的钇元素在SLM过程中原位生成了Y2O3粒子，粒子位于胞状组织边界，平均尺寸约为50 nm，体积分数占0.53%。3、Y2O3粒子和高密度位错以及小角度晶界的共同作用使合金具有优异的力学性能，室温抗拉强度为815 MPa，延伸率为16.7%，在600 °C和800 °C下抗拉强度分别为563 MPa和256 MPa。 陈超：中南大学粉末冶金国家重点实验室副教授，中南大学“升华猎英计划”获得者，现任湖南省金属与陶瓷医用植入体工程研究中心副主任，湖南省生物材料学会骨修复材料与器械青委会委员。主要研究方向为3D打印专用合金成分设计、医用金属材料制备、粉末冶金材料结构设计与表征，承担“十三五”国家重点研发计划课题2项，国家自然科学基金项目1项，湖南省重点研发计划项目等省部级项目5项，在Advanced Materials、Bioactive Materials、Additive Manufacturing等期刊发表学术论文70余篇，被引2000余次，出版《X射线衍射技术》等专著和教材2部、翻译《金属加工技术的材料建模基础—理论与应用》专著1部，在增材制造医用钛合金、钽金属方面获国家发明专利授权12项，激光选区熔化增材制造致密化机理及组织性能调控原理获湖南省自然科学二等奖。
黄洪涛：任职于中法核工程与技术学院，中山大学“百人计划”一级副教授，博士生导师，核工业大学兼 职副教授。担任教育部第五轮学科评估专家、广东省科技专家库专家、《International Journal of Advanced Nuclear Reactor Design and Technology》青年编委。主要从事反应堆材料的辐照损伤及辐照效应、阻氢/氘/氚涂层制备及性能评价技术等领域的研究。在Journal of nuclear materials、Fusion engineering and design、Materials characterization、Materials letters、Materials science and engineering: A、金属学报、原子能科学技术等期刊发表SCI论文30余篇，获国家发明专利授权2项，参与编写核工业标准1项，提交国防科技工业科技报告10余篇。主持国家自然科学基金，国防基础科研计划项目、广东省自然科学基金重点项目、国防预研课题等多个项目。多次受邀在Nuclear Materials Conference、中国材料大会、中国核学会年会等相关国内国际会议做口头报告。2021年7月，受广州科普大讲坛邀请做“空间核电源——航天事业高质量发展之源”主旨报告。 Ruifeng Xu, Zhaowen Geng, Yiyou Wu, Chao Chen, Mang Ni, Dan Li, Taomei Zhang, Hongtao Huang, Feng Liu, Ruidi Li, Kechao Zhou. Microstructure and mechanical properties of an in-situ oxide-dispersion-strengthened NiCrFeY alloy produced by laser powder bed fusion. Advanced Powder Materials. 
