激光增材制造非连续增强钛基复合材料组织性能调控与空天应用探索

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摘要非连续增强钛基复合材料由于引入高强微纳米增强体，使其呈现高比强、高比模、高耐磨和高耐热等优异性能，在航空航天、国防军事等领域拥有广阔的应用前景。然而，传统热加工制造方法制备钛基复合材料或构件存在效率低、能耗高、工艺复杂、材料利用率低等不足，难以简洁、低成本地实现高性能复合材料构件的一体化制造；而金属激光增材制造技术以近净成形优势，为该材料复杂构件一体化成形带来了契机。本文聚焦微纳米颗粒增强钛基复合材料激光增材制造技术，重点关注钛基复合材料微观组织调控、超常冶金网状结构形成机理；探讨快速凝固过程中马氏体相对材料力学性能的影响规律；分析钛基复合材料增强相种类和含量的调控方法；归纳复合材料主要强化机制；阐明高性能钛基复合材料激光增材制造关键技术难点及解决方法；展望增材制造金属基复合材料的发展趋势及潜在应用。

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关键词 ：钛基复合材料, 激光增材制造, 微观组织, 力学性能, 强韧化机制

Abstract：Due to their high strength, specific strength, modulus, wear resistance, and heat resistance, Discontinuously reinforced titanium matrix composites (DRTMCs) are widely used in extreme environments, including aerospace, defense, and military. Traditional hot working for these composites is inefficient, energy-intensive, complex, and wasteful. Metal laser additive manufacturing (Laser AM) provides a near-net-shape solution for integrated molding of complex components. This paper investigated the Laser AM of DRTMCs reinforced with micro and nano particles, focusing on microstructure control, the formation mechanism of abnormal metallurgical networks, the martensitic effect, and the regulation of reinforcement. It summarized the primary reinforcement mechanisms and elaborated on the key technologies for Laser AM of high-performance DRTMCs, addressing challenges and solutions, prospecting the development trend of AM of metal matrix composites, and potential applications.

Key words： titanium matrix composite materials laser additive manufacturing network structure mechanical properties strengthening-hardening mechanism

收稿日期: 2024-12-25 出版日期: 2025-10-31

ZTFLH:

TB 333

基金资助:国家自然科学基金面上项目（52175348）；中国航天科技集团公司第八研究院产学研合作基金项目（USCAST2023-1）

通讯作者: 韩远飞（1983—），男，博士，研究员。

作者简介: 张雪（1986—），女，博士，助理研究员。

引用本文:

张雪, 陆云超, 韩远飞, 乐建温, 黄光法, 吕维洁. 激光增材制造非连续增强钛基复合材料组织性能调控与空天应用探索[J]. 空天防御, 2025, 8(5): 31-46.
ZHANG Xue, LU Yunchao, HAN Yuanfei, LE Jianwen, HUANG Guangfa, LYU Weijie. Laser Additive Manufacturing of Discontinuously Reinforced Titanium Matrix Composites： Controlling of Microstructure-Property and Aerospace Applications. Air & Space Defense, 2025, 8(5): 31-46.

链接本文:

https://www.qk.sjtu.edu.cn/ktfy/CN/ 或 https://www.qk.sjtu.edu.cn/ktfy/CN/Y2025/V8/I5/31

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