增材制造与自修复

方向负责人：于皓(yuhao@ral.neu.edu.cn)

                                                                                         陈雨莹(chenyuying@ral.neu.edu.cn)

镍基合金作为航空、航天动力系统热端部件的关键材料，其制造技术水平是衡量一个国家航空工业发展实力和综合科技水平的重要标志。航空工业的发展对镍基合金服役水平提出了更高的要求，一方面表现为镍基构件几何形状的复杂化，以提高服役过程的散热效率；另一方面着眼于开发具有更高性能的新型镍基合金，以延长构件的服役寿命。

增材制造（3D打印）技术将极大提高镍基合金复杂部件的加工效率。然而已有镍基合金牌号在增材加工非平衡、强约束的过程中普遍存在开裂问题，难以实现工程应用。本团队基于增材加工裂纹形成机制，通过热动力学模拟结合优化算法，建立了量化描述裂纹行为的物理模型，实现了对多类型增材裂纹的协同优化，并基于此开发出增材专用的新型高性能镍基合金体系。

此方向依托科技部重点研发项目，与中科院金属研究所、中国钢研集团等科研单位开展密切合作，目前将着力于进一步探索镍基合金增材加工过程中的组织演化机制及组织性能关联机制。

传统的镍基合金设计思路主要通过析出、固溶等强化方式获得尽可能“强”的初始组织。然而在合金服役过程中，微孔洞或者微裂纹等组织缺陷一旦产生，将持续发展直至导致材料失效。因此传统方法难以应对缺陷产生之后的组织演化问题。自修复机制的提出为解决此问题提供了新思路，通过调控修复介质的析出，自发修复合金缺陷以控制缺陷发展，延长合金的服役寿命。本团队首创性的将自修复概念应用于镍基合金的开发，结合第一性原理计算及热动力学模拟，定量筛选具有自修复潜质的镍基合金元素；在此基础上，通过对特征修复介质析出行为的量化计算，定量调控第二相在缺陷处的特异性析出行为，从而实现对服役过程中产生的蠕变空洞等缺陷的自发修复，延长镍基合金服役寿命。

此方向与自修复金属方向的领军学者Sybrand van der Zwaag教授保持密切合作关系，目前将在自修复镍基合金服役缺陷与修复介质形成动力学匹配、修复相界面改性等方面进行深入研究。

团队充分发挥在高温合金领域基础研究及前沿研究的理论优势，致力于建立科研创新与人才培养结合的学术模式。团队在本研究方向已毕业的硕、博研究生在天津大学等高校继续深造，为国家材料领域持续贡献力量。