重慶研究院3D打印技術研究團隊提出了一種激光原位增材制造納米復合材料的新策略，可有效解決現有工藝制備納米復合材料時納米相極易團聚、界面結合不強、綜合性能欠佳等問題。相關工作已在《Scripta Materialia》、《Materials Science and Engineering A》、《Materials & Design》等國際著名期刊發表。其中，題為“Microstructure and mechanical properties of TiC/Ti6Al4V nanocomposites fabricated by gas–liquid reaction laser powder bed fusion”的研究論文被全球著名科技媒體機構Advances in Engineering（AIE）遴選為關鍵科學文章，并進行了專題報道（AIE每周從全球所有發表論文中僅遴選出20篇左右進行報道）。
該新策略為：激光增材制造過程中，引入可反應氣體與金屬熔體原位反應生成納米增強相，并利用熔池動力學特性與金屬基體均勻復合，逐層制造出增強相分布均勻、界面結合好、綜合性能優異的納米相增強金屬基復合材料，同時可近凈成形出形狀復雜的一體化結構。尤其是，納米相增強金屬基復合材料的強度和塑性（韌性）同時得到顯著提升，打破了傳統金屬材料強度和塑性難以兼得的困境。例如，TiC/Ti6Al4V納米復合材料壓縮極限強度提高27.4%的同時塑性提高54.1%。新策略在材料表面硬化與強化、內部滲碳/滲氮、高強高韌結構件、輕質高強結構件、功能梯度材料等領域具有廣闊的應用前景。
上述工作得到國家自然科學基金、重慶市自然科學基金、中國科學院“西部青年學者”項目資助。
相關論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.144829
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.06.057
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109578
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163406
圖1. TiC/Ti6Al4V復合材料的EDS和TEM分析
圖2. 不同CH4濃度氣氛中制備的TiC/Ti6Al4V復合材料的硬度和壓縮性能