近日，西安建筑科技大学冶金工程学院教授王强团队青年教师李楠在《增材制造》上发表最新研究成果。研究团队针对航空高强铝合金在传统熔融增材制造中易出现热裂纹、组织不均匀等难题，提出一种基于“固态增材制造-非等温退火”协同调控的新路径，为高性能铝合金构件的高质量制造提供了新的理论依据与技术方案。

高强铝合金凭借低密度与高强度的优异特性，已成为飞机机身、火箭结构及高速列车等高端装备制造领域的关键基础材料。相较于传统钢铁材料，该材料在显著减轻结构重量的同时，可保持较高的承载能力，对降低能耗、提升装备运行效率及延长服役寿命具有重要价值。然而，该类材料在激光粉末床熔融等传统增材制造过程中，需经历“快速熔化-快速凝固”的热循环，易生成粗大柱状晶及热裂纹，导致构件内部组织不均匀、力学性能波动较大，制约了其工程化应用。

为突破上述技术瓶颈，研究团队创新性地采用激光辅助冷喷涂固态增材制造技术。与传统熔化凝固工艺不同，该技术通过高速颗粒撞击实现材料沉积，规避了材料整体熔化过程，从而显著降低裂纹形成风险。在此基础上，团队进一步引入非等温退火热处理，系统研究了材料在不同温度变化条件下的组织演化规律，探索通过后续热处理激发材料内部潜在强化能力的机制。

工艺及模拟示意图。西安建筑科技大学供图

研究结果表明，激光热能与高速颗粒撞击动能的协同作用是制备高性能沉积层的关键。在激光辅助作用下，金属颗粒在沉积前获得适度预热，其塑性变形能力得以提升，颗粒间结合更加致密，内部孔隙和缺陷显著减少，最终形成具有超高致密度与均匀结构的高强铝合金复合沉积层。实验显示，沉积层内部形成了特殊的“双峰晶粒结构”——既保留了部分粗晶粒的稳定性，又引入了大量细晶强化区域，使材料兼具较高的强度和较好的塑性。

该研究首次提出了“固态增材制造—变形组织继承—可控热处理”协同调控的新思路。研究表明，固态增材制造过程中形成的大量变形组织，在后续热处理中并非完全消失，而是能够被“继承”并参与强化相形成与组织优化。这意味着增材制造过程中产生的微观结构并非缺陷，反而可转化为后续强化的重要基础。通过合理设计热处理路径，团队实现了材料强度与塑性的同步提升，突破了传统高强材料“强度高但韧性差”的性能瓶颈。

“未来，团队将继续围绕高性能轻合金增材制造中的组织调控、析出强化及服役性能等关键科学问题开展深入研究，进一步探索固态增材制造与可编程热处理协同作用下材料组织演化与性能优化机制，为航空航天等领域高端金属构件的高质量制造提供新的理论基础与技术路径。”王强说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.addma.2026.105248