2月9日记者从华中科技大学获悉，第三代同步辐射光源高分辨三维成像技术揭开了该校张海鸥团队“铸锻铣一体化金属3D打印”不为人知的秘密：微铸锻铝合金中缺陷尺寸和数量显著低于传统电弧增材，组织得到细化，韧性指标有明显提升。

近期，西南交通大学吴圣川教授将这一研究发表在金属加工领域顶级杂志《材料加工技术》(J Mater Process Tech)上。

“这一结果表明：‘铸锻铣一体化金属3D打印’应用于以高铁为代表的大型高端装备中的巨大潜力。”中车青岛四方机车车辆股份有限公司丁叁叁副总工程师介绍，当列车在高速行驶状态下，空气动力学作用急剧恶化，对材料及结构可靠性要求与既有技术显著不同，“铸锻铣一体化金属3D打印”技术所特有的组织通体细晶和基体高强韧等优势，可为未来超高速、长寿命地面交通装备制造提供全新方案。

基于该技术，张海鸥团队成功“打印”出时速600公里及以上磁浮列车悬浮架关键支撑部件，目前正与吴圣川教授制造或修复更高速度的高速列车铝合金齿轮箱，并合作开展损伤车轴和铝合金结构的表面修复及结构完整性评价。

“材料内部损伤演化及定量表征是重大装备服役中的瓶颈技术。”吴圣川说，长期以来，一直依赖于破坏性试验和表面观察方法推断材料疲劳程度，设计、制造以及服役评估都难以准确定量。近十年来，以同步辐射光源为代表的先进光源，突破这一技术的瓶颈，为了解重大装备的服役过程提供了“超级显微镜”。

吴圣川所在的国家杰青康国政教授团队基于上海光源大科学装置，自主研发了全系列的原位拉伸、压缩、旋转弯曲、高周疲劳和超高周疲劳材料试验机，与英国皇家科学院和皇家工程院的两院院士菲利普·威瑟斯教授展开深度合作，对微铸锻及其他热源增材铝合金和钛合金的抗疲劳性能进行了系统深入的原位三维成像及定量化关联表征研究。

研究发现，微铸锻复合增材材料的内部缺陷(也称为裂纹)数量较其他热源增材下降了近4倍，缺陷表面更加光滑，尺寸显著减小，成形金属零件的微观组织也得到了明显细化(平均晶粒和最大晶粒分别细化近2.6倍和1.8倍)。

吴圣川介绍，内部缺陷数量、尺寸和形貌的变化是微铸锻材料抗疲劳开裂性能显著提高的主要原因之一，在同等条件下零件更不易萌生裂纹和发生失效破坏;而晶粒细化不仅大幅改善了材料的塑形指标，微铸锻铝合金疲劳极限也有大的提高。(刘志伟 徐小丹)