发布时间: 2025年04月04日 22:33
近日，西安交通大学前沿科学技术研究院与香港城市大学联合培养的博士毕业生张天隆在刘锦川院士的指导下，以第一作者身份在国际顶尖期刊《科学》上发表题为“In situ design of advanced titanium alloy with concentration modulations by additive manufacturing（采用增材制造方法原位设计具有浓度调制结构的先进钛合金）”的研究论文。
通常而言，金属材料中的成分不均匀性会降低材料性能，研究人员将其看作是材料内部的重大缺陷，因此材料的成分不均匀性很少被用来进行有效的合金设计。但其实，人们对成分不均匀性的积极作用缺乏足够的认识，传统的铸造、锻造等方法一般也无法对材料内部的成分波动实现人为有效的调控。3D打印是一种革命性的快速高效的材料成型技术，为材料的成分不均匀设计提供了新途径。
近日，西安交大前沿院与香港城市大学联合培养的博士毕业生张天隆，所在香港城市大学刘锦川院士团队在利用增材制造设计成分不均匀的钛合金方面取得重大进展，创造性地提出了一种新的3D打印策略，即通过精心调控熔池中不同粉末的混合程度，获得一种前所未见的具有微米级成分梯度结构，展现出熔岩状组织，通过相稳定性调制产生不同尺度的β+α′双相微观结构，引入连续相变诱发的塑性效应，并由此带来优异的力学性能（1.3GPa拉伸强度，9%均匀伸长率），为成分不均匀设计新型合金提供了新思路。该研究成果发表在国际顶尖期刊《科学》上，张天隆为论文第一作者，西安交大前沿院为论文第二单位。
研究人员创造性地将成分调制的概念和3D打印结合起来，另辟蹊径地设计出具有微米级成分梯度结构的合金设计策略。该研究工作不仅将增材制造原位合金化中的成分不均匀性变废为宝，成功用来设计成分非均匀的高性能合金材料，更是极大地开拓了增材制造技术的想象空间，使得这项技术不仅仅被用作复杂构件的成型技术，更可以被开发为一种全新的合金设计和制造方法，从而有力地推动增材制造技术实现“材料—结构—性能”一体化智能设计的梦想。
前沿科学技术研究院是西安交通大学于2010年投资筹建的首个“学术特区”，共设11个研究中心，涵盖物理学、化学、化学工程与技术、材料科学与工程、生物医学工程、生物学等一级学科，实行国际通行的科研管理体制。前沿院的建院目标是通过鲜明的学科交叉特色，发展成为世界一流的大型基础科学研究院，同时作为改革的试点，为我国实现科研体制改革的国家战略提供经验。前沿院师资力量雄厚，科研基础坚实、实力发展迅速，是西安交大发表高水平论文的主要基地之一，曾被中央组织部等部门评为“全国专业技术人才先进集体”，并被《人民日报》《中国科学报》等各大媒体多次报道，其发展模式获得了国家部委的高度认可，并对国内兄弟院校的人才引进和管理模式产生了积极的影响。
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素材来源：西安交通大学新闻网、前沿科学技术研究院
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