（来源：钛资讯）
钛合金凭借高比强度、优良耐高温与耐蚀特性，是航空航天、高端动力装备不可或缺的关键金属。其中钛合金单晶更是钛基材料体系中的前沿分支，摒弃多晶材料杂乱分布的晶界，消除了晶界处易发生蠕变、疲劳失效的薄弱环节，在高温高压、交变载荷等严苛工况下表现出更为稳定的性能，是航空发动机热端叶片等核心构件的理想选材。长期以来，受凝固控制工艺限制，钛合金单晶仅能制备小尺寸试样或者小型精密零件，难以实现米级大尺寸成型，制约了钛合金在大型主承力结构上的规模化应用。
近日，我国科研团队在钛合金增材制造领域取得重大原创成果，研发出微熔池非稳态脉动生长单晶增材制造新方法，跳出传统单晶制备依赖准稳态凝固的技术框架，在国际上首次实现米级钛合金单晶增材制造，相关成果刊发于《自然》。
常规钛合金单晶制备依靠定向凝固等手段，对热场稳定性要求极高，设备庞大，尺寸放大难度大。这套新工艺利用微熔池非稳态脉动生长机制，依托增材制造逐点、逐层的成型特点，精准调控钛合金凝固结晶过程，引导晶体定向生长。该工艺不再受制于传统定向凝固炉的苛刻条件，兼顾钛合金复杂构件自由成型的优势，大幅降低复杂内腔、异形钛合金单晶件的制造难度，为大规格钛合金单晶构件制造打通路径。
这项突破，极大拓展了钛合金的应用边界。以往钛合金单晶多用于小样验证和小型零件，米级成型能力落地后，钛合金有望进军大型航空承力结构、高端动力热端部件等场景，充分释放钛合金轻质耐高温的材料潜力，提升整机承载能力与高温服役可靠性。增材制造还可以实现冷却流道一体化成型，让钛合金单晶构件兼顾结构设计自由度与高温性能，为下一代高推重比航空动力装备研发提供材料支撑。国内一家高端装备制造企业已开始跟进该技术产业化评估。
在产业层面，该成果推动钛合金增材制造从中小型异形件加工，迈向大型主承力构件制造，带动钛合金粉末原料、成型装备、热处理与后处理工艺等上下游产业链协同发展，助力国内钛合金产业向更高附加值的高端单晶制品赛道升级。同时在科研领域，该钛合金单晶生长范式，也可为镍基单晶等其他高温合金的大尺寸制备提供参考，带动整个高温结构材料领域的创新。
长远来看，随着工艺持续打磨成熟，钛合金单晶将不止服务于航空航天，还有望在高端能源动力、特种重载装备等领域落地。这项成果打破了行业对于钛合金单晶“难以做大”的固有认知，将钛合金优异的材料本征性能与增材一体化制造相结合，为我国钛合金高端化发展、先进动力装备自主化注入新动能。
来源 |钛之家
