NUS\清华\A*STAR: 增材制造单晶—“三角函数”梯度微观组织突破传统应变梯度强化瓶颈，并实现...

主要观点总结

本文研究了新加坡国立大学闫文韬领导的研究团队利用电子束增材制造技术成功打印了大尺寸单晶合金，揭示了具有“正 / 反余弦”分布的多重梯度微观组织（TGMs）对力学性能的影响。该研究通过三角函数方程描述不同类型的梯度组织，突破了传统梯度组织的应变梯度强化的理论瓶颈，实现了强度与韧性的同时提升，并揭示了增材合金中普遍存在的强枝晶影响机理。该成果已发表在Nature Communications上。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

随着增材制造技术的发展，合金的制造过程中出现了新的组织和性能调控手段。本研究聚焦在利用电子束增材制造技术制备具有特殊微观结构的单晶合金，以调控其力学性能。

关键观点2: 研究核心

研究团队通过电子束粉末床熔融（EB-PBF）技术，成功制备了具有周期性梯度组织的单晶合金。利用统一的三角函数方程描述不同类型的梯度组织，揭示了其对力学性能的影响，并实现了可编程的性能调控。

关键观点3: 创新点与优势

本研究提出了以余弦型三角函数定量描述分布在枝晶核 - 枝晶间的强化相尺寸、基体通道宽度、固溶元素浓度、位错密度等四类梯度微观组织（TGMs）。该研究突破了传统梯度组织的应变梯度强化的理论瓶颈，通过调节函数的平均值与幅值实现微观组织的可编程调控，提升了材料的强度和韧性。

关键观点4: 实验结果

研究团队通过实验和模拟验证了不同类型TGMs对强度和延展性的影响，揭示了残余塑性变形主要集中在枝晶间的机制。此外，通过热处理技术对TGMs的强度进行调控，实现了强度和韧性的大范围“按需定制”。

关键观点5: 研究影响与展望

该研究为增材制造合金的性能优化提供了新的策略，有望推广至其他具有强枝晶特征的增材合金，如钢、Ti、Al及多晶高温合金等。此外，该研究的成果对于理解金属材料在极端环境下的性能表现以及开发新型高性能金属材料具有重要意义。