清华大学 l 增材制造镍基高温合金的全面解析与深入探讨

| 3DScienceValley · 2025/08/21

谷专栏

洞察

该综述”把镍基高温合金增材制造的全流程——从粉末、激光参数到裂纹、组织再到蠕变性能——系统梳理成了一张“高德地图”，并给出了下一段技术冲刺的导航路线。”

镍基合金在增材制造方面的研究进展：材料设计、加工制造、组织与性能、新合金设计
巩俐, 李宇博，汪小培, 李赛, 杨志刚, 陈浩
鞍钢集团北京研究院，钢铁研究分院
清华大学，材料工程与科学学院
北京动力机械研究所，材料研究部

【文献链接】

Gong, L., Li, YB., Wang, XP. et al. Progress in additive manufacturing of nickel-based superalloys: materials, processing, microstructures, properties and alloy design. Rare Met. (2025). https://doi.org/10.1007/s12598-025-03247-5

【背景介绍】

由于航空发动机中的部件具有形状复杂、集成度高、生产量较少、价值高的特征，航空材料在增材制造方面已经取得了显著进步。镍基高温合金是航空发动机中承温部件的关键材料，但由于其硬度高，在制造复杂结构部件时面临重大挑战。增材制造在制造自由度与减少制造周期方面的优势明显，因此高温合金的增材制造获得了极大的关注和快速发展。尽管已经进行了大量的相关研究，但由于镍基合金的多样性以及增材制造工艺参数的复杂性，相关的研究结果与结论是十分分散的。基于此，迫切需要对增材制造与镍基合金组织与性能之间的关系进行深入且全面的理解。本文首先介绍了四种主要用于高温合金的增材制造技术的加工特性，总结了打印态组织与热处理态组织的显微组织与力学性能。同时，本文还介绍了针对增材制造工艺所专门研究的新合金，并提出了关于材料研发与性能改进的意见，旨在为镍基高温合金的增材制造提供有价值的评估，为未来的相关研究提供有效指导。

【文章亮点】

1. 全文引用了332篇文章，综合分析了大量增材制造镍基高温合金的数据与结论；

2. 深入分析了打印工艺、热处理工艺、合金组织、力学性能，提供了详实的数据与图片支撑；

3. 提出了基于增材制造工艺特点的材料设计的方向，为学习与开拓增材制造高温合金领域提供了坚实基础。

【内容简介】

日前，清华大学材料学院的陈浩教授课题组，依托海洋装备金属材料及其应用全国重点实验室，在Rare Metals上发表了题为“Progress in additive manufacturing of nickel-based superalloys: materials, processing, microstructures, properties and alloy design”的综述文章，从材料、打印工艺、显微组织、热处理工艺、性能、新合金设计多维度分析了增材制造在镍基高温合金领域的发展。

本文章通过深入研究332篇文章的数据与研究成果，深入分析了金属增材制造的技术参数，裂纹控制，显微组织，热处理工艺，拉伸与服役性能，提出了打印裂纹形成机理，优化了技术参数，总结了显微组织特征与其对性能的影响，指出了合适的热处理工艺及预后组织，展望了技术的革新途径与新材料体系设计，为增材产品的开发与该技术的推广应用体重了重要数据支撑。

【图文解析】

图1 裂纹形成机理示意图
图2 打印态显微组织表征
图3 热处理态显微组织表征
图4 打印态与热处理态的室温拉伸性能
图5 打印态与热处理态的高温拉伸性能
图6 增材制造IN718合金与其他镍基合金的高温蠕变性能

通过大量数据与图片的分析，展示了镍基高温合金在增材制造过程中常见的裂纹种类与形成机制，分析了裂纹预测的模型与控制方法。总结了打印态与热处理态的组织特征，解释了显微组织演变的过程，分析了热处理工艺对显微组织的影响。据此引出了组织对力学性能的影响，并分析了不同合金种类与热处理工艺对拉伸与蠕变性能的影响机制。

【全文小结】

1.总结了近十年来增材制造镍基高温合金的成分特点、打印工艺、打印态与热处理态组织特征、热处理工艺等；

2.分析了增材制造镍基高温合金的硬度、拉伸与蠕变等力学性能，指出了组织对该力学性能产生的影响；

3.总结了基于增材制造工艺特点的新合金设计，给出了机器学习在组织与工艺调控方面的作用；

4.展望了增材制造镍基合金未来的发展方向。
【作者简介】

陈浩，男，清华大学材料学院教授。2013年在荷兰代尔夫特理工大学获得材料学博士学位，先后在代尔夫特理工大学、加拿大英属哥伦比亚大学从事博士后研究，目前主要从事先进钢铁材料的固态相变与材料设计，探索闪速加热、增材制造、人工智能等新兴技术在金属结构材料领域的应用。发表论文100余篇，包括Acta Materialia、Scripta Materialia、Science Advances、Nature Communications、Additive Manufacturing等金属材料领域权威期刊。以通讯作者身份在权威综述期刊Materials Science Engineering: R: Reports和International Materials Review上发表高强钢综述2篇。获得国际固态相变大会Aaronson奖（每5年1位获奖者，亚洲唯一获奖者）、国家海外高层次人才计划青年项目、国家优秀青年科学基金项目、清华大学学术新人奖、荷兰优秀博士学位“Cum Laude”、Acta Materialia杰出审稿人等荣誉；承担重点研发计划、国家自然科学基金、JKW基础加强计划等30余项国家或者企业合作项目。

来源
稀有金属RareMetals l

Rare Metals 清华大学陈浩:增材制造镍基高温合金的全面解析与深入探讨

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