試論激光原位合成新材料研究的進(jìn)展

　　工業(yè)化的大規(guī)模發(fā)展，對(duì)材料的綜合性能要求越來(lái)越高，特別是在航天、航空、電子、汽車以及先進(jìn)武器系統(tǒng)等領(lǐng)域，傳統(tǒng)的單一材料越來(lái)越不能滿足各領(lǐng)域?qū)Σ牧瞎δ艿男枨蟆Ｒ虼?，擁有高比?qiáng)度、高比模量、良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性、耐磨性、高溫性能、低的熱膨脹系數(shù)、高的尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異綜合性能的新材料受到廣大研究人員的重視。20世紀(jì)80年代初，日本豐田汽車首次采用在鋁基材料中添加陶瓷纖維的方式制備了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞并獲得了成功。之后，這一新材料的制作方法得到了迅速發(fā)展。20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)了一系列新的材料制備技術(shù)，其中原位合成新材料技術(shù)憑借其工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)今新材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

　　新材料制備既可以通過(guò)在基體內(nèi)機(jī)械混合增強(qiáng)相顆粒法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即外加顆粒法，包括粉末冶金法、噴射成型法和各種鑄造技術(shù)(模壓鑄造、流變鑄造和混砂鑄造等);也可以通過(guò)在基體內(nèi)原位合成來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括自蔓延高溫合成法(SHS)、放熱彌散法、反應(yīng)熱壓法、機(jī)械合金化法(MA)、化學(xué)氣相滲透技術(shù)(CVI)等[1]實(shí)現(xiàn)。其中，外加顆粒法是通過(guò)外加增強(qiáng)體顆粒的形式實(shí)現(xiàn)，將預(yù)先準(zhǔn)備好的合金或者非合金顆粒加入處于粉末狀態(tài)或熔融狀態(tài)的基體材料中，但這種方法制作的復(fù)合材料表現(xiàn)出了增強(qiáng)相顆粒尺寸粗大、熱力學(xué)不穩(wěn)定、界面結(jié)合強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。原位合成法是通過(guò)單質(zhì)與單質(zhì)之間、單質(zhì)與化合物之間或者化合物與化合物之間的化學(xué)反應(yīng)直接生產(chǎn)理想的增強(qiáng)相顆粒。與傳統(tǒng)合成材料制作工藝相比，原位合成技術(shù)所制作的合成材料中增強(qiáng)相顆粒與基體之間沒有明顯的邊界效應(yīng)，而且成分純凈無(wú)其他雜質(zhì)產(chǎn)生，因此增強(qiáng)體顆粒與基體之間的組織相容性好，不會(huì)產(chǎn)生傳統(tǒng)制作方式中所出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于原位合成新材料中生成的增強(qiáng)相具有力學(xué)性能優(yōu)異、穩(wěn)定性高、耐高溫等特點(diǎn)，使得合成材料強(qiáng)度高、摩擦性能好、機(jī)械性能優(yōu)良[2，3]，避免了界面處發(fā)生裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象。隨著原位自生材料的迅速發(fā)展，許多研究者將原位合成技術(shù)與激光技術(shù)相結(jié)合，取得了顯著的成果[4]。

　　一、激光原位合成新材料技術(shù)

　　原位合成技術(shù)的基本理念是：采用物理化學(xué)方法而不是傳統(tǒng)的機(jī)械加入的思想制作基體的增強(qiáng)相顆粒，即向基體內(nèi)加入增強(qiáng)相的原始反應(yīng)物而不是增強(qiáng)相本身，通過(guò)加入原始物之間或者原始物與基體之間的物化反應(yīng)來(lái)直接獲取增強(qiáng)相顆粒。產(chǎn)生的陶瓷或金屬間化合物增強(qiáng)相在金屬基體內(nèi)部原位成核、長(zhǎng)大，均勻分布在基體內(nèi)部對(duì)基體起到強(qiáng)化作用。傳統(tǒng)制備金屬基材料的方法是通過(guò)在熔融金屬基體或者金屬粉末內(nèi)部采用機(jī)械混合的方式直接添加增強(qiáng)相顆粒，這種人為的外加顆粒的方法不僅會(huì)造成增強(qiáng)相顆粒表面的污染，而且多數(shù)情況下增強(qiáng)相顆粒和基體直接的潤(rùn)濕性非常差，導(dǎo)致基體內(nèi)部出現(xiàn)邊界應(yīng)力集中現(xiàn)象，大大降低了合成材料的強(qiáng)度。而原位合成材料中的增強(qiáng)相顆粒是在基體內(nèi)部經(jīng)過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)的，這不僅避免了基體材料與增強(qiáng)相顆粒表面的污染，也不會(huì)造成基體與顆粒之間潤(rùn)濕性差的問題，從而可以獲得良好的結(jié)合效果。

　　增強(qiáng)相的顆粒大小和分布可以通過(guò)改變?cè)嘉锏奶砑颖壤齺?lái)控制，因而可控性比較高，另外由于增強(qiáng)相顆粒是在基體內(nèi)部直接生成的，省去了增強(qiáng)相顆粒的制備和處理過(guò)程，提高了生產(chǎn)效率。20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)的Lanxide公司和Drexel大學(xué)采用原位合成技術(shù)分別成功的制備了三氧化二鋁(Al2O3)/鋁(Al)和碳化鈦(TiC)/Al材料，獲得了成熟的制備工藝[5]，引起了廣大學(xué)者的高度關(guān)注，開始對(duì)原位合成新材料技術(shù)進(jìn)行深入研究。

　　原位合成新材料增強(qiáng)相具有彌散分布特征，并與基體間有良好的浸潤(rùn)性能和界面結(jié)合性能[6，7]。激光具有功率密度高、清潔無(wú)污染等特點(diǎn)，近年來(lái)人們將原位合成技術(shù)與激光技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而發(fā)展出激光原位合成新材料技術(shù)。激光原位合成的新材料具有界面干凈、組織細(xì)小致密等優(yōu)異的性能和特征，增強(qiáng)相與基體之間的界面干凈無(wú)雜質(zhì)析出，直接以原子之間結(jié)合的方式連接在一起，合成材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性能與外加顆粒法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)[8]。在H13鋼表面應(yīng)用激光原位合成新材料技術(shù)制備出TiC顆粒增強(qiáng)鎳(Ni)基材料，該材料與基體呈良好的冶金結(jié)合，新材料中無(wú)裂紋、氣孔等缺陷。新材料顯微硬度(800～1000HV0.2)明顯高于基體的顯微硬度(300HV0.2)，顯著提高了H13鋼的耐磨性能[9]。

　　激光原位合成新材料技術(shù)應(yīng)用廣泛，該技術(shù)包括激光熔覆原位合成涂層技術(shù)、激光選區(qū)熔化原位合成新材料技術(shù)等。

　　激光熔覆原位合成涂層技術(shù)首先將熔覆材料按照預(yù)定要求混合均勻，然后利用高能密度的激光束在基底材料表面對(duì)混合均勻的熔覆粉末進(jìn)行照射，在較高溫度下原位形成相互熔合、具有不同成分與性能的熔覆層新材料。值得一提的是，該熔覆材料不是現(xiàn)成的陶瓷顆?；蛘呓饘匍g化合物顆粒，而是其對(duì)應(yīng)的原始反應(yīng)物，比如在Al基體粉末中按照一定的比例混合加入Ti和C粉末并充分混合均勻。采用激光選區(qū)熔化技術(shù)可以原位合成形狀復(fù)雜、組織細(xì)密、綜合性能優(yōu)異的新型材料產(chǎn)品。

　　激光選區(qū)熔化原位合成新材料技術(shù)采用3D打印的分層實(shí)體打印技術(shù)與原位合成技術(shù)相結(jié)合的方式制備新材料產(chǎn)品。該技術(shù)可根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的不同要求，在基體內(nèi)均勻混合反應(yīng)物顆粒，然后按照預(yù)設(shè)的零件信息，使用3D打印設(shè)備進(jìn)行逐層疊加成型，反應(yīng)物在激光的高能量加熱下反應(yīng)產(chǎn)生陶瓷或金屬間化合物增強(qiáng)相，增強(qiáng)相與基體材料緊密結(jié)合在一起形成性質(zhì)優(yōu)良的新材料產(chǎn)品。

　　二、激光原位合成新材料及其性能1.鐵(Fe)基新型材料

　　Fe基材料是應(yīng)用最為廣泛的工程材料，然而隨著現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展，單純的Fe基材料已經(jīng)越來(lái)越難以滿足實(shí)際的需要。因此，提高Fe基材料的性能已經(jīng)成為材料工作者的重要研究課題，而最為重要的研究方向就是基于Fe基體的新材料的開發(fā)和應(yīng)用。

　　碳化物、硼化物等陶瓷材料的引入可以顯著提高Fe基材料的硬度和耐磨損性能，采用激光原位合成技術(shù)在鐵基體中原位合成碳化鎢(WC)和TiC等顆粒，可以獲得組織細(xì)密均勻、界面接觸良好、晶粒細(xì)小的新型Fe基材料。通過(guò)在合金粉末中加入強(qiáng)碳化物元素，應(yīng)用激光加工技術(shù)，可在中碳鋼基體上原位合成新型鐵基材料，因其有碳化鋯(ZrC)、TiC、WC碳化物顆粒增強(qiáng)相，故具有較高的硬度、良好的耐磨損和耐腐蝕性能[10]。應(yīng)用激光多道搭接熔覆技術(shù)加工碳化硼(B4C)、二氧化鈦(TiO2)、石墨以及Fe基粉末混合材料，可在碳鋼基體上制備TiB2-TiC顆粒增強(qiáng)Fe基涂層，其硬度和耐磨性能優(yōu)于基材45鋼[11]。應(yīng)用激光器對(duì)Fe、Ti、鉻(Cr)和C的混合粉末進(jìn)行加工，在恒定的掃描速度及不同激光功率的條件下，可以原位合成TiC和相關(guān)碳化物[M7C3(M=Fe，Cr)]，獲得良好的綜合性能[12]。激光原位合成新材料所用粉末的組分及含量對(duì)原位生成的碳化物和硼化物的數(shù)量、尺寸、分布、耐腐蝕性及耐磨損性能等有著重要的影響。當(dāng)粉末組分中Ti∶釩(V)∶C的摩爾比在1∶1.8∶3.36時(shí)，原位生成的TiC-VC增強(qiáng)Fe基熔覆層中會(huì)分布大量的樹枝狀TiC-VC顆粒增強(qiáng)Fe基基體，在相同的磨損條件下，磨損體積約為普通碳鋼的1/22[13]。

　　2.鋁基新型材料

　　Al及其合金具有密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、耐腐蝕性能優(yōu)良以及易加工等特點(diǎn)，在工業(yè)、汽車、航空航天以及運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是鋁合金屬于脆硬性材料，耐摩擦性能、耐沖擊性能和韌性較差，嚴(yán)重制約了Al合金材料的應(yīng)用潛力。作為一種新興材料，原位合成Al基合金材料與傳統(tǒng)Al合金材料相比，具有高硬度和高耐磨性的優(yōu)點(diǎn)，因此受到了廣大研究人員的重視。激光原位合成Al基材料，也因其具有效率高、無(wú)污染、顆粒細(xì)小、組織分布均勻等優(yōu)勢(shì)，受到研究者的青睞[14]。

　　Ni與Al經(jīng)過(guò)反應(yīng)可以生成金屬間化合物NiAl和Ni3Al，這3種金屬間化合物都具有良好的耐腐蝕性、較低的磨擦系數(shù)和磨損率。激光原位合成技術(shù)加工的Ni/Al金屬間化合物顯微組織致密，無(wú)裂紋、氣孔等缺陷，具有優(yōu)異的耐腐蝕和耐磨損性能[15]。除金屬間化合物外，在Al合金基體外原位合成陶瓷材料也是提高其綜合性能的重要方式之一。在Al基材料表面預(yù)置Ti和SiC混合粉末，采用激光熔覆原位合成技術(shù)處理，可制備出TiC陶瓷顆粒以增強(qiáng)Al-Ti材料涂層，TiC顆粒與Al-Ti基體之間潤(rùn)濕性好、致密度高，具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能，對(duì)Al合金的表面性能有明顯改善作用[16]。有學(xué)者采用激光原位合成技術(shù)對(duì)Al-Ti-C粉末進(jìn)行原位合成反應(yīng)，獲得了以尺寸細(xì)小、形狀圓整的TiC顆粒為增強(qiáng)相的Al基合成材料，經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Al-Ti-C粉末的混制程度對(duì)反應(yīng)結(jié)果有很大的影響。當(dāng)混制時(shí)間為4h時(shí)，除了生成TiC陶瓷顆粒外還生成了金屬間化合物Al3Ti，而當(dāng)混制時(shí)間為20h以上時(shí)，原位反應(yīng)生成了無(wú)Al3Ti的Al基TiCp新材料[17]。

　　3.銅基新型材料

　　新型銅(Cu)基復(fù)合材料由于強(qiáng)度高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能好、加工性能和耐蝕性能優(yōu)良以及具有高度的熱穩(wěn)定性，在工業(yè)、電子電氣業(yè)、交通運(yùn)輸以、航空航天以及建筑領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，采用激光熔覆技術(shù)在Cu基材料表面制備高性能的圖層合成材料受到廣大研究人員的青睞[18，19]。

　　以500W釹(Nd)：釔鋁石榴石(YAG)固體激光器為能量源，在純銅表面原位合成TiB2/Cu涂層，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)涂層的平均體積導(dǎo)電率約為82.7%IACS，原位合成法產(chǎn)生的TiB2增強(qiáng)顆粒幾乎沒有影響Cu基體的導(dǎo)電率。對(duì)式樣進(jìn)行顯微硬度測(cè)試，結(jié)果顯示熔覆層的硬度最高為445～487HV，內(nèi)部硬度依次降低呈現(xiàn)出明顯的梯度變化;磨損性能得到明顯的提高，增強(qiáng)相顆粒TiB2能夠明顯的提高Cu基體的抗電弧燒蝕性能[20]。應(yīng)用原位合成技術(shù)在Cu基材料表面可以制備出表面高致密度和表面質(zhì)量高的鈷(Co)P/Cu涂層，顯微組織為Cu基材料與γ-Co球形增強(qiáng)相顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)[21]。

　　4.鈦基新型材料

　　Ti合金為機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性強(qiáng)、耐腐蝕性能好的輕質(zhì)合金，而且具有優(yōu)良的可焊接性能，自從20世紀(jì)50年代開發(fā)出來(lái)以后，世界各國(guó)都逐漸認(rèn)識(shí)到Ti合金的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開發(fā)并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，Ti合金的加工工藝已經(jīng)非常成熟，性能得到進(jìn)一步改善，目前在航空航天、工業(yè)以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是Ti合金存在的一些明顯缺陷大大限制了其應(yīng)用范圍，比如較高的摩擦系數(shù)和較差的抗氧化性及耐磨損性能?？赏ㄟ^(guò)外加合金或單質(zhì)元素的方式來(lái)改變合成材料的組織性能與成分結(jié)構(gòu)，從而獲得性能優(yōu)異的涂層材料，提高了基體的整體性能。在Ti合金表面應(yīng)用快速凝固激光熔覆技術(shù)制備出摩擦系數(shù)低、耐磨損性能和抗氧化性能好的涂層材料可以明顯改善Ti合金的整體性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍[22]。因此，激光原位合成技術(shù)引入Ti合金表面優(yōu)異性能合成材料的制備，可以解決目前Ti合金存在的缺陷，促進(jìn)了Ti合金材料的進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用[23]。

　　利用激光熔覆技術(shù)在工業(yè)純Ti表面原位合成TiC材料，大大提高了純Ti的耐摩擦性能以及高溫抗氧化性能，促進(jìn)了該材料在工業(yè)上的應(yīng)用[24]。隨著增材制造技術(shù)與原位合成技術(shù)的快速發(fā)展，使用激光選區(qū)熔化(SLM)工藝對(duì)純鈦和碳化物粉末進(jìn)行原位合成加工，可以獲得新型的TiC/Ti5Si3材料。與工業(yè)純Ti相比，TiC/Ti5Si3材料的硬度增加了3倍以上，而摩擦系數(shù)和磨損率卻大大降低[25]。由于Ti合金化學(xué)性質(zhì)比較活潑，所以采用不同的保護(hù)氣體對(duì)Ti合金基材表面原位合成材料的影響很大。利用高純氬氣(Ar)作為保護(hù)氣時(shí)發(fā)現(xiàn)，涂層中含有較多的未完全反應(yīng)的Ti相，且涂層組織均勻性差，界面顯微硬度分布不均;而在高純氮?dú)?N2)氣氛下原位合成反應(yīng)比較充分，合成涂層中主要由TiN和Ti3Al兩相組成，涂層組織均勻致密，且含較多高硬度TiN相，顯微硬度和耐氧化性都比Ar氣氛下有明顯的提高[26]。

　　5.新型梯度功能材料

　　20世紀(jì)80年代，日本科學(xué)技術(shù)廳在“關(guān)于為緩和熱應(yīng)力的梯度功能材料開發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)的研究”計(jì)劃中提出梯度功能材料(Functionally Gradient Materials，F(xiàn)GM)的概念以開發(fā)出適應(yīng)大溫差環(huán)境的新型材料[27]。該新型材料的制作理念與傳統(tǒng)制作理念相反，不是去獲得組織均勻的材料，而是通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程中材料的配比來(lái)獲取組織成分呈梯度變化的材料，從而使得同一材料的不同區(qū)域擁有不同的性質(zhì)而又不存在明顯的組織界面，從而大大降低了材料的熱應(yīng)力[28]。

　　通過(guò)添加外加強(qiáng)化相并不斷改變強(qiáng)化相的含量可制作梯度功能材料，雖然滿足基本功能，但是外加強(qiáng)化相顆粒存在表面被污染而且與基體材料之間存在明顯的界面，因此結(jié)合性能較弱，容易造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重降低了材料的試用壽命和機(jī)械性能。而激光原位合成技術(shù)是通過(guò)添加單質(zhì)或合金元素的形式直接在基體內(nèi)部制備出增強(qiáng)相顆粒，因此顆粒與基體的潤(rùn)濕性能良好、結(jié)合性能強(qiáng)、組織分布均勻、材料干凈無(wú)雜志，近年來(lái)被廣大學(xué)者與研究人員應(yīng)用于制備高性能梯度功能材料。通過(guò)不斷改變碳化鉻(Cr3C2)與Ti粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，應(yīng)用激光沉積制造原位合成技術(shù)可以在Ti6Al4V鈦合金表面制作以TiC顆粒為增強(qiáng)相的鈦基梯度功能材料，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)材料的晶體形態(tài)分別為粗大樹枝晶、較大的顆粒狀晶體和相對(duì)細(xì)小的顆粒狀晶體，顯微硬度呈現(xiàn)出梯度上升的趨勢(shì)[29]。采用雙路送粉機(jī)構(gòu)通過(guò)不斷控制每一路中粉末的含量來(lái)調(diào)整混合粉末的組成，LN等成功地制備了316L不銹鋼與Rene88DT高溫合金的梯度材料[30]。近年來(lái)有學(xué)者開始將3D打印技術(shù)應(yīng)用于新型功能梯度材料的制備中，經(jīng)燒結(jié)后獲得了組織均勻無(wú)收縮和變形的功能梯度材料[31]。

　　三、影響激光原位合成新材料的因素

　　1.激光功率密度影響

　　激光功率密度的不同會(huì)對(duì)原位合成材料的成分、性能及組成比產(chǎn)生重大的影響。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，采用激光選區(qū)熔化原位合成技術(shù)制作新型材料時(shí)，當(dāng)激光的能量密度高達(dá)0.8kJ/m時(shí)，會(huì)導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生和TiC樹枝狀增強(qiáng)相的顯著粗化，從而造成致密度、微硬度和磨損性能的顯著降低[25]。應(yīng)用激光多道搭接熔覆技術(shù)加工B4C、TiO2、石墨以及Fe基粉末混合材料，可在碳鋼基體上制備TiB2-TiC顆粒增強(qiáng)鐵基涂層，隨著激光功率密度增加，涂層中TiC含量減少，甚至出現(xiàn)FeB脆性相[11]。增強(qiáng)相顆粒尺寸隨激光功率的增大而增大，其合金元素也會(huì)發(fā)生更加嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象。當(dāng)掃描速度較大時(shí)，激光作用于Ti與C的時(shí)間縮短，得到的較為細(xì)小的增強(qiáng)相顆粒，其體積分?jǐn)?shù)也相應(yīng)減少[24]。利用Ti與AlN之間的高溫化學(xué)反應(yīng)，可在TiC4鈦合金表面激光原位合成TiN/Ti3Al基金屬間化合物涂層，當(dāng)Ti與AlN摩爾比為4∶2時(shí)，若激光功率密度增大，涂層中TiN含量會(huì)隨著減少;Ti與AIN摩爾比為4∶1時(shí)，TiN含量隨激光功率密度的增大而增大[32]。

　　2.反應(yīng)物化學(xué)成分組成

　　在反應(yīng)中加入某種元素可使原位合成材料的晶粒更加細(xì)小，性能更加優(yōu)良。在原位合成Ti基材料中加入石墨可形成更多的等軸、近似等軸狀晶粒，從而改善合成材料的性能[33]。通過(guò)添加多種強(qiáng)碳化物形成元素，激光原位制備的顆粒增強(qiáng)鐵基材料涂層具有顆粒析出密度大、尺寸分布均勻的優(yōu)點(diǎn)，且原位合成的顆粒為碳化物，其微觀結(jié)構(gòu)為典型的亞共晶介穩(wěn)，組織界面處結(jié)合牢固，因而具有優(yōu)異的耐磨損性能[34]。

　　3.反應(yīng)物的配比

　　采用不同的反應(yīng)物配比可以制得不同的產(chǎn)物，也可以根據(jù)想獲得的產(chǎn)物來(lái)調(diào)整反應(yīng)物的配比。采用Ti粉、C(石墨)粉和Ni粉作為涂層材料反應(yīng)物，并按1∶1的比例配比Ti粉和C(石墨)粉，可成功制備原位自生TiC/Ni基涂層。當(dāng)TiC含量在8%～14%時(shí)，熔覆層深度范圍內(nèi)，顆粒分布均勻，表面硬度適中，涂層無(wú)裂紋[34]。由于TiB2具有較強(qiáng)的耐高溫性能和優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，若以自熔性良好、耐高溫的Ni基合金粉末(合金成分為：10%Fe、9%Ti、2%B、余量為Ni)作為涂層材料，可在45鋼表面制備出TiB2陶瓷顆粒增強(qiáng)Ni基涂層[35]。

　　四、激光原位合成新材料存在的問題與展望

　　激光原位合成技術(shù)成本低，產(chǎn)物顆粒均勻細(xì)小，增強(qiáng)相表面無(wú)污染且與基體的潤(rùn)濕性好、界面結(jié)合強(qiáng)度高，并且可在較大范圍調(diào)節(jié)增強(qiáng)相體積比。盡管激光原位合成技術(shù)擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用時(shí)還存在許多問題。如激光原位反應(yīng)是在激光輻照下進(jìn)行的，而在當(dāng)前的檢測(cè)條件下，短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線觀察原位反應(yīng)并揭示反應(yīng)機(jī)制。因此，已知的反應(yīng)體系和反應(yīng)機(jī)制理論與實(shí)際的檢測(cè)觀察結(jié)果的相互驗(yàn)證和補(bǔ)充相當(dāng)重要，對(duì)此還需要進(jìn)一步研究。激光原位合成新材料中增強(qiáng)相的特征和性質(zhì)對(duì)新材料的性能影響較大，因此有必要進(jìn)一步研究增強(qiáng)體的大小、形狀及其分布狀況與體積比，以提高原位合成材料性能的穩(wěn)定性。激光選區(qū)熔化技術(shù)的快速發(fā)展為激光原位合成新材料提供了一種新的加工方式，將激光選區(qū)熔化技術(shù)的分層疊加制造與原位合成技術(shù)結(jié)合，不僅可以原位合成新材料，而且還可以將新合成材料直接用于零件的一體成型，而不僅僅局限于零件表層的強(qiáng)化涂層，從而可以大大降低制作成本，提高加工效率，提升零件性能。