激光粉末床熔融 （L-PBF）是一种增材制造技术，它能够用不同粉末作为材料来制造复杂的三维零件。L-PBF的高度设计自由度特性，让其能够运用在金属基复合材料（MMC）的制造中。与传统的铸造或焊接方法相比，L-PBF材料经历的熔化、重熔、凝固和凝固过程有很大区别。熔化和冷却过程中温度剧烈变化驱动熔体中形成强烈的流动涡流，这为局部调整合金和复合材料微观结构创造了机会。因此为了L-PBF切实运用到MMC的制造中，需要对选择性激光熔化（SLM）期间的粒子流动力学机制进行探究。尽管过去几年进行了大量研究，但对此仍然存在很多疑问。先前使用颗粒作为熔体流动示踪剂的研究表明，颗粒倾向于与马兰戈尼涡旋一起流动。因此，在复合材料的增材制造过程中，均匀分散增强颗粒十分困难。为了克服改难题，迫切需要对L-PBF条件下的颗粒分散机制深入研究。 颗粒团聚是造成增材制造难以应用在MMC制造中的一个技术难点，它会严重影响拉伸、延展性等机械性能。这项研究利用L-PBF在熔化和重熔过程中的颗粒流动动力学，使颗粒能够均匀分散在金属基质中。TiB2颗粒增强铝材料展示了这种方法，并通过一次打印实现了细TiB2颗粒（尺寸低至数十纳米）的高度分散。发现微米尺寸（1-5 μm）和纳米尺寸（40 nm）的TiB2颗粒均匀分散在复合材料中。计算机模型分析表明，尽管颗粒随马兰戈尼涡旋流动，但熔池重叠和随后的再熔化、再凝固对成功分散起到了关键作用。蒸汽的抑制作用和马兰戈尼涡流填充颗粒的推进作用是造成颗粒均匀分散的两个主要机制。与颗粒分布不均匀的复合材料相比，L-PBF 铝复合材料的拉伸强度提高了 30%，杨氏模量提高了 16%，拉伸延展性也显著提高（高达三倍）。另外团队也在铜材料上实现了颗粒的均匀分散分布，从而证明了这种方法不局限于单一材料，具有广泛适用性。 相关研究成果以题 “Enhanced plasticity due to melt pool flow induced uniform dispersion of reinforcing particles in additively manufactured metallic composites” 发表在国际期刊 International Journal of Plasticity上。
