近日，我院王明娣教授团队在极端工况下的关键零部件表面激光增材制造方向取得新进展，联合天津大学和新加坡国立大学在国际顶级学术期刊《Additive Manufacturing》（影响因子11.0，中科院一区Top期刊）发表成果：“Laser additive remanufacturing Ni-based multilayers reinforced with dual-scale tungsten carbides via a novel integrated strategy”。我院青年教师赵圣斌为论文第一作者，王明娣教授为通讯作者，www.优德88.cpm 机电工程学院为第一单位和通讯单位。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104146

针对极端工况下激光粉末熔覆大厚度Ni-WC涂层中存在的材料利用率低及抗磨损性能不足等突出问题，团队从“材料-工艺-组织-性能”一体化增材制造思想出发，围绕NiBSi-WC材料体系的物理冶金特性及C-W二元体系中典型物相在镍基熔池中的溶解反应规律，设计制备NiBSi-WC/W2C型粉芯丝材，提出一种基于光-电能量调配的激光制造方法。该方法旨在通过丝材外加WC/W2C颗粒在熔池中的适度溶解和凝固过程中WC再析出构想，来实现涂层中双尺度碳化钨增强颗粒空间分布的均匀性调控。基于丝材熔化过渡模式优化和丝材成分设计可调控镍基涂层内残留大尺寸WC/W2C颗粒及小尺寸原生WC颗粒与基体界面结合形式，借助高分辨HAADF表征及第一性原理计算，首次揭示了原生WC与基体间的三相半共格结合精细结构，阐明了非平衡激光熔池中原生WC及W2C形貌演变及生长机理。由于双尺度碳化钨颗粒及其与基体界面的多重强化效应，可最大限度地提升复合涂层的耐磨损性能。

图1 大厚度碳化钨增强镍基涂层中原生WC颗粒界面结构及生长机理

该研究在国内外首次通过丝材设计和工艺创新实现了从合金至陶瓷增强金属基复合材料的激光填丝增材制造跨越，推动了基于送丝式工艺的低成本高效高质激光增材制造发展，获得了国家自然科学基金面上项目、青年项目及博士后面上项目的共同支持。