引言

鈦合金因其高比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐蝕性，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車及臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域 [1-5]。然而，傳統(tǒng)鈦合金加工存在鑄造困難、導(dǎo)熱性差以及成本高等瓶頸。增材制造 (AM) 技術(shù)的引入使得多種類型鈦合金 (如 Ti-6Al-4V、TA15、Ti2448、Ti5553 等) 得以高性能成形，其強(qiáng)度有望趕超傳統(tǒng)工藝制備的部件，在航空、航天結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域展現(xiàn)巨大的應(yīng)用潛力。作為一種近凈成形制造加工技術(shù)，AM 基于數(shù)字模型逐層制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，避免了繁瑣且昂貴的傳統(tǒng)機(jī)械加工，顯著減少原材料浪費(fèi) [6-9]。與減材制造相比，AM 憑借材料利用率高、工藝靈活及高度定制化等特征，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造與快速響應(yīng)需求方面展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì) [10-12]。就工藝層面而言，目前應(yīng)用最廣泛的金屬粉末 AM 技術(shù)主要包括粉末床熔化 (PBF) 和直接能量沉積 (DED)。PBF 通過(guò)在基板表面均勻鋪粉，利用激光選擇性熔化目標(biāo)區(qū)域，逐層堆積實(shí)現(xiàn)高精度成形，常被稱為激光選區(qū)熔化 (SLM)。相比之下，DED 則通過(guò)送粉或送絲方式將原料直接送入聚焦能量束區(qū)域，實(shí)現(xiàn)同步熔化與沉積。該方法在制造大型構(gòu)件或修復(fù)受損構(gòu)件方面具有更高效率，但其表面質(zhì)量與精度相對(duì)較低，需進(jìn)行后續(xù)加工 [13]。稀土元素 (REEs) 因其較大的原子半徑和優(yōu)異的化學(xué)活性，在金屬 AM (MAM) 過(guò)程中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。REEs 的引入能有效調(diào)控合金的凝固行為。通過(guò)促進(jìn)晶粒細(xì)化、凈化熔體、優(yōu)化夾雜物分布，使得組織更加均勻 [14-16]。此外，引入 REEs 能顯著降低材料的開裂敏感性，在硬度、耐磨性與耐腐蝕性等方面實(shí)現(xiàn)整體性能的提升，并增強(qiáng)構(gòu)件的服役可靠性 [17-19]。常見 REEs 的結(jié)合特征及其強(qiáng)化機(jī)制如圖 1 所示。基于此，本文將系統(tǒng)綜述 REEs 在 AM 鈦合金中的作用，重點(diǎn)分析稀土摻雜對(duì)力學(xué)性能的影響機(jī)制，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的系統(tǒng)梳理進(jìn)一步探討工藝參數(shù)與性能之間的耦合關(guān)系，以期為后續(xù)高性能稀土摻雜鈦合金的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供參考。

1、在 AM 鈦合金中 REEs 的作用

目前 AM 鈦合金過(guò)程中常用的 REEs 主要包括釔 (Y)、鑭 (La)、鈰 (Ce)、鉺 (Er) 等元素，REEs 引入方式、后處理工藝及其他過(guò)程參數(shù)對(duì)終產(chǎn)品性能的影響存在顯著差異。

1.1 稀土 Y 摻雜

在 REEs 中，Y 以其顯著的脫氧凈化與彌散強(qiáng)化作用，在 AM 鈦合金中表現(xiàn)尤為突出。作為高效凈化劑，Y 能優(yōu)先與氧、氮反應(yīng)，生成物能顯著提高基體的純凈度；通過(guò)降低氧含量，能抑制脆性 α 相過(guò)量析出，有利于促進(jìn) β 相均勻分布，進(jìn)而改善鈦合金的延展性和韌性。在 AM 過(guò)程中 Y 與 O 2 生成的細(xì)小Y₂O₃彌散顆粒，既能夠促進(jìn)晶粒細(xì)化與位錯(cuò)釘扎，又可阻礙裂紋的萌生和擴(kuò)展。適量 Y 摻雜不僅可提升材料的力學(xué)性能，也為利用高氧含量的低成本鈦粉提供了可行的技術(shù)路線 [20-21]。Hidalgo 等人 [22] 通過(guò)向粉末中添加 YH 2 使其在 900~1100℃下分解，發(fā)現(xiàn)Y₂O₃的生成可顯著降低基體氧含量并抑制 β 晶粒長(zhǎng)大。Musadaq 等人 [23] 發(fā)現(xiàn)隨著 Y 含量增加，Ti-15Mo-xY 合金強(qiáng)度增加，其強(qiáng)化機(jī)制歸因于脫氧處理與彌散強(qiáng)化。賀等人 [24] 在 Ti80-Y 中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.20% Y 可使 β 轉(zhuǎn)變點(diǎn)降低約 5℃、晶粒與 α 集束顯著細(xì)化，但過(guò)量 Y 將導(dǎo)致大尺寸Y₂O₃在晶界富集，引起塑性顯著下降。Kennedy 等人 [25] 在線弧 AM (WAAM) Ti64 過(guò)程中引入微量 Y，Y 在枝晶間偏析并與氧結(jié)合形成不規(guī)則共晶形態(tài)的Y₂O₃顆粒，這些顆粒與 β 基體存在特定晶體學(xué)取向關(guān)系 (如 111 β //011Y₂O₃， < 112 > β // < 011 >Y₂O₃)。添加少于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.8% 的 Y 即可顯著細(xì)化 β 晶粒，使其寬度由未添加時(shí)的 1~2 mm 降至100~300 μm，并在熔池頂部區(qū)域誘導(dǎo)了柱狀向等軸晶轉(zhuǎn)變 (CET)。此外，Y 在枝晶間的偏聚會(huì)改變局部熔體的凝固收縮特性，進(jìn)而可能誘導(dǎo)枝晶間縮孔缺陷的形成。Lu 等人 [26] 采用選區(qū)電子束熔化 (SEBM) 制備含 Y 的 Ti-600 合金，合金中均勻析出了尺寸為 50~250 nm 的Y₂O₃彌散相，與傳統(tǒng)工藝中粗大 (0.2~10 μm)、分布不均甚至開裂的顆粒形成鮮明對(duì)比，證明了 AM 工藝在實(shí)現(xiàn)彌散相均勻細(xì)化方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。W. P. Li [27] 發(fā)現(xiàn) TiAl 合金中添加原子分?jǐn)?shù)為 0.3% 的 Y 后可顯著改變粉末表面氧化膜的結(jié)構(gòu)和厚度 (總厚度從 54 nm 降至 37.1 nm)：外層主要為 Al 2 O 3 和Y₂O₃，內(nèi)層為 TiO 2 和Y₂O₃。該結(jié)構(gòu)將激光吸收率從 21.59% 提升至 34.88%，明顯改善了 TiAl 合金對(duì) SLM 工藝的適應(yīng)性。Polozov 等人 [28] 在激光粉末床熔融 (L-PBF) 制備 Ti2AlNb 基合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，Y 的添加顯著降低了氧含量 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)從 0.2% 降至 0.085%)，并抑制了晶界微裂紋的形成，體現(xiàn)出有效的凈化作用和抗裂能力。Wang 等人 [29] 發(fā)現(xiàn)，Y₂O₃在熔池中的分解 - 再析出可形成雙尺度的納米顆粒，有助于其與 α-Ti 基體建立共格關(guān)系并有效抑制熱循環(huán)過(guò)程中的組織粗化。Zhao 等人 [30] 發(fā)現(xiàn) Y 能降低熔體表面張力和粘度，從而改善熔體的流動(dòng)性。Liu 等人 [31] 研究表明 Y 的添加能顯著細(xì)化 α/β籃網(wǎng)狀組織，并促使Y₂O₃顆粒在 β 晶界析出。總之，Y 在鈦合金 AM 中通過(guò)凈化熔池、細(xì)化晶粒、誘導(dǎo) CET、形成彌散強(qiáng)化相、改變?nèi)垠w性質(zhì)及提高能量耦合效率等多重機(jī)制協(xié)同作用，但其應(yīng)用需謹(jǐn)慎控制 Y 的添加量與分布，以避免縮孔等缺陷的產(chǎn)生。在 PBF 工藝 (如 SLM、SEBM) 中，Y 元素更容易在高速凝固條件下形成尺寸約 50~300 nm 的彌散Y₂O₃納米顆粒，這些顆粒具有良好的界面共格性，可顯著提高形核率、促進(jìn)等軸晶形成，并對(duì) α ′/β界面提供有效的釘扎作用，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度與塑性的同步提升。此外，PBF 工藝的快速凝固特性抑制了 Y 元素的偏聚，有助于獲得更均勻的微觀組織。相比之下，在 DED 工藝 (如 WAAM、LDM、WLAM) 中，由于熔池尺寸大、熱循環(huán)作用強(qiáng)，Y₂O₃更易偏聚到晶界或枝晶間形成粗大氧化物團(tuán)簇，甚至誘導(dǎo)枝晶間縮孔等缺陷，從而導(dǎo)致組織不均勻、塑性下降等問題。盡管 DED 中 Y 仍能通過(guò)異質(zhì)形核細(xì)化初生 β(prior-β) 晶粒，但強(qiáng)化穩(wěn)定性明顯弱于 PBF。

間縮孔等缺陷，從而導(dǎo)致組織不均勻、塑性下降等問題。盡管 DED 中 Y 仍能通過(guò)異質(zhì)形核細(xì)化初生 β(prior-β) 晶粒，但強(qiáng)化穩(wěn)定性明顯弱于 PBF。

1.2 稀土 La 摻雜

在 AM 和激光熔覆研究中， La₂O₃ 被證明是一種兼具細(xì)化組織、凈化熔池與強(qiáng)化性能的有效添加相，但其正負(fù)效應(yīng)取決于含量、顆粒行為及熱歷史。Liu 等人 [32] 采用激光熔覆在 TiAl 表面制備含 La₂O₃ 的 NiCr- Cr 3 C 2 復(fù)合涂層 (圖 2)， La₂O₃ 的加入顯著細(xì)化了初生 Cr 7 C 3 與 TiC 相、促進(jìn)相的球化，增加了 γ/Cr 7 C 3 共晶含量，同時(shí)降低了涂層稀釋率并提高了致密性。

Bermingham 等人 [33] 在 WAAM 中向 Ti64 添加 LaB 6 (熔融時(shí)分解為 TiB 與 La 2 O 3 )(圖 3)， LaB 6 的添加顯著改變了熔池形貌，促成定向 TiB 針狀體的生成。同時(shí)， LaB 6 的添加也造成了沉積過(guò)程的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致沉積層表面高度起伏〔圖 5 (c)〕。

Barriobero-Vila 等人 [34] 在 SLM 制備 Ti-La 合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，La 改變了 α 相的形成路徑，使其通過(guò)包晶反應(yīng) L 1 + β → α生成，而非傳統(tǒng)的 Burgers 取向關(guān)系，這一變化降低了合金織構(gòu)，促進(jìn)了等軸晶的生成，有利于后續(xù)熱處理中的 α 相的球化與晶粒細(xì)化。Chen 等人 [9] 在 TC11 的 WAAM 實(shí)驗(yàn)中， La 2 O 3 的添加通過(guò)異質(zhì)形核作用引起了顯著的晶粒細(xì)化，且晶粒尺寸隨著 La 2 O 3 含量的增加呈持續(xù)減小趨勢(shì) (圖 4)。

Wang 等人 [35] 通過(guò)高速 CCD (HCCD) 相機(jī)觀測(cè)了 WAAM 的試驗(yàn)過(guò)程 (圖 5)，發(fā)現(xiàn)添加 La₂O₃后熔池的形貌發(fā)生顯著變化，其寬度減小而熔深增加。 La₂O₃在高溫熔池中部分分解，再凝固為近球形納米級(jí)顆粒，使 β 晶粒和 α 相顯著細(xì)化。對(duì)比可知，未添加La₂O₃的 Ti64 沉積道寬度和等離子體羽流體積大于添加La₂O₃的 Ti64。Wang 等人 [36] 發(fā)現(xiàn)，在 SLM-CP-Ti 中的研究進(jìn)一步表明， La₂O₃的添加增加了異質(zhì)形核位點(diǎn)，并通過(guò) Zener 拖曳抑制晶界遷移，將 prior-β 晶粒顯著細(xì)化，并形成均勻的針狀 α ′馬氏體組織。

La 及其氧化物在 AM 中可通過(guò)熔池調(diào)控、異質(zhì)形核與彌散強(qiáng)化等機(jī)制顯著細(xì)化微觀組織，為材料強(qiáng)度與硬度的提升奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；但需注意，晶界處形成的大尺寸顆粒、固溶氧含量的增加或定向生長(zhǎng)的硬質(zhì)相 (如粗大 TiB) 也可能成為潛在的裂紋源，導(dǎo)致材料塑性與抗裂性能下降。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需在稀土含量、顆粒尺度與冷卻速率等參數(shù)間尋求平衡，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度 - 塑性與各向同性的最優(yōu)匹配。PBF (SLM、PBF-LB/M) 工藝條件下，La 傾向于形成細(xì)小的La₂O₃或富 La 析出相，同時(shí)影響 α 相的形核路徑，使得 α 相偏離 Burgers 取向關(guān)系，有助于弱化織構(gòu)并促進(jìn)等軸晶形成。因此，在 PBF 工藝條件下，La 主要起到均勻化組織、提升硬度、改善晶粒形貌等作用，對(duì)材料的整體強(qiáng)化效果較為穩(wěn)定可靠。而在 DED (尤其是 WAAM、CMT-WAAM) 中， La₂O₃更容易受大熔池與強(qiáng)熱循環(huán)的影響而粗化，形成不規(guī)則團(tuán)聚顆粒。La 摻雜雖然能細(xì)化 prior-β 晶粒，但由于顆粒粗大且分布不均，往往造成延伸率顯著下降；此外， LaB 6 和 La₂O₃的生成有時(shí)會(huì)導(dǎo)致熔池不穩(wěn)定，從而進(jìn)一步惡化成形質(zhì)量。

1.3 稀土 Ce 摻雜

Ce 摻雜的研究報(bào)道顯示，Ce 摻雜可通過(guò)固溶與彌散相的協(xié)同作用來(lái)調(diào)控顯微組織，但其作用效果受到熱處理工藝以及 Ce 含量等參數(shù)影響顯著。Dobrzański 等人 [37] 發(fā)現(xiàn)，隨著熱處理進(jìn)行， Al₃Ti相逐步溶解與碎化，而 Ce 因具有較高固溶度以細(xì)小彌散相的形式富集于晶界；Ce 的適量固溶有助于提升材料的強(qiáng)化效果。Plotkowski 等人 [38] 通過(guò)模擬 DED 凝固條件發(fā)現(xiàn)，Al-12Ce 體系在激光作用下可形成極細(xì)微結(jié)構(gòu)，且該細(xì)晶結(jié)構(gòu)在熱處理后仍保持穩(wěn)定，證明該體系具備優(yōu)異的微觀可控性與熱穩(wěn)定性。Xu 等人 [39] 對(duì) Ti64-xCe 體系的研究表明，其性能改善機(jī)制主要?dú)w因于 Ce 能細(xì)化晶粒，并形成與 β-Ti 基體共格的 CeO₂納米顆粒來(lái)吸附氧雜質(zhì)；不同 Ce 含量的 Ti64 樣品，其摩擦過(guò)程可分為磨合階段和穩(wěn)定階段 (圖 6)。在磨合階段，摩擦系數(shù)迅速升高，進(jìn)入穩(wěn)定階段則趨于平穩(wěn)。添加適量的 Ce 顯著改善了 Ti64 摩擦性能，降低磨損質(zhì)量。摩擦痕跡表明，Ce 含量適中時(shí)，磨損痕跡較淺，為磨粒磨損機(jī)制為主；當(dāng) Ce 含量過(guò)高時(shí)，磨損模式轉(zhuǎn)變?yōu)檎持�磨損，導(dǎo)致摩擦性能下降。因此適量添加 Ce 有助于優(yōu)化 Ti64 的摩擦性能。

無(wú)論是傳統(tǒng)工藝還是 AM 技術(shù)，稀土 Ce 提升鈦合金性能的巨大潛力均得到證實(shí)。Yang 等人 [40] 在采用粉末冶金法制備的鈦合金中添加 CeSi 2 ， CeSi 2 在 1423~1473 K 發(fā)生分解。分解后，Si 固溶于鈦中提高燒結(jié)密度，而 Ce 則清除氧和氯雜質(zhì)形成 CeO 2 和 CeCl x O y 顆粒，此過(guò)程顯著細(xì)化了原始 β 晶粒和 α 板條。Li 等人 [41] 采用真空自耗熔煉工藝制備了 Ti64-0.1Ce 合金，研究證實(shí) Ce 能有效吸附并去除 O、P、S、Cl 等雜質(zhì)元素，形成尺寸約 200 nm 的 CeO 2 納米顆粒且分布于 α 晶界，同時(shí)將平均晶粒尺寸從 66.9 μm 顯著細(xì)化至 25.5 μm。Guo 等人 [42] 在 LPBF 制備 NiTi 合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，添加微量 CeO 2 可顯著細(xì)化晶粒，其作用機(jī)理包括誘導(dǎo) NiCe 第二相析出強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化；同時(shí)，添加微量的 CeO 2 通過(guò)細(xì)化晶粒和形成 NiCe 沉淀，使鎳鈦合金的耐腐蝕性大幅提高，其中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.03% 時(shí)效果最佳 (圖 7)。

對(duì)比文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，Ce 的摻雜可通過(guò)深度凈化 (清除 O、Cl、P、S 等雜質(zhì))、異質(zhì)形核細(xì)化晶粒、以及形成彌散強(qiáng)化相等多種路徑顯著調(diào)控組織與性能。這些效應(yīng)在不同制備工藝中展現(xiàn)出良好的一致性，但需在熱歷史與摻雜量二者間精細(xì)優(yōu)化，以避免強(qiáng)化相粗化或合金塑性下降。在 PBF 工藝中，Ce (尤其是 CeO₂ ) 能形成細(xì)小且與基體共格的納米顆粒，既可作為異質(zhì)形核點(diǎn)細(xì)化晶粒，又能通過(guò)顯著吸附 O、S、Cl、P 等雜質(zhì)，改善熔池純凈度。在 LPBF 工藝下，Ce 的晶粒細(xì)化效應(yīng)通常更為顯著，其對(duì)摩擦性能、硬度及界面穩(wěn)定性的改善也更為突出。在 DED 工藝中，Ce 的強(qiáng)化效果依賴于其作為異質(zhì)形核中心的能力，但熱循環(huán)強(qiáng)、冷卻速率慢，易導(dǎo)致 CeO₂ 粗化或不規(guī)則偏聚，從而削弱其細(xì)化效果。盡管在 DED 工藝中，Ce 改性合金仍能實(shí)現(xiàn)一定程度的晶粒細(xì)化，但其總體效果通常明顯弱于 PBF 工藝，所得組織的均勻性與性能提升幅度也相對(duì)有限。

1.4 稀土 Er 摻雜

Er 在鈦合金中的作用高度依賴于引入形式、含量、冷卻速率及熱加工歷史。Brice 等人 [43] 在激光直接制造 (LDM) 中發(fā)現(xiàn)，沉積態(tài) Er 多以過(guò)飽和固溶體形式存在，熱循環(huán)后析會(huì)出 Er 2 O 3 顆粒，其微觀形貌如圖 8 所示，且冷卻速率顯著影響 Er 的析出動(dòng)力學(xué)。Lou 等人 [44] 的研究表明，直接添加粗大的 Er 粉容易誘發(fā)液相燒結(jié)缺陷和嚴(yán)重的成分偏析等問題，這些問題可通過(guò)后續(xù)熱機(jī)械加工部分緩解但難以完全消除。

Wu 等人 [45] 發(fā)現(xiàn)微量的 Er 能顯著細(xì)化 β 晶粒并在 β 相與晶界處形成析出相，細(xì)化機(jī)理歸因于 Er 能提供異質(zhì)形核位點(diǎn)并抑制晶界遷移。Shi 等人 [46] 研究發(fā)現(xiàn)，添加 Er₂O₃ 形成的析出相雖能細(xì)化晶粒，但嚴(yán)重的晶界偏聚和應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能惡化。Tishina 等人 [47] 的研究也表明 Er-O-Al 復(fù)合氧化物在高溫下的穩(wěn)定性有限。劉等人 [48] 采用粉末冶金結(jié)合熱處理工藝制備了 Ti64-0.5Si-xEr 合金，發(fā)現(xiàn)添加的 Er 能形成 Er 2 O 3 顆粒，作為異質(zhì)形核點(diǎn)顯著細(xì)化晶粒，將晶粒尺寸從 10~20 μm 降至 5~10 μm。綜上所述，Er 可作為潛在的細(xì)化與強(qiáng)化元素，但其正效應(yīng)高度依賴于粉料形態(tài)、添加方式、含量、冷卻速率、氣氛與后續(xù)熱處理。不合理的添加方式以及熱工藝條件易導(dǎo)致偏析、孔洞、晶界大尺寸顆粒等問題。在 DED (LDM、WAAM) 工藝中，Er 易以固溶體形式進(jìn)入熔池并在后續(xù)熱循環(huán)中析出 Er 2 O 3 。由于 DED 工藝中的熱輸入大，析出的 Er 2 O 3 顆粒往往粗大且易偏聚，從而在晶界附近誘發(fā)脆化，使合金塑性嚴(yán)重下降 (延伸率小于 1%)。在 DED 工藝中 Er 的強(qiáng)化效果極易受到熱歷史擾動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)化穩(wěn)定性差。而在 PBF 工藝中，快速凝固與超高過(guò)冷度可使 Er 2 O 3 顆粒保持納米尺度且分布均勻，不僅能顯著促進(jìn) β 晶界強(qiáng)化，還可降低晶界缺陷敏感性，從而整體強(qiáng)化效果更為可控。

Y、La、Ce 與 Er 四種 REEs 在 AM 鈦合金中均展現(xiàn)出顯著的組織調(diào)控與性能強(qiáng)化作用，但其作用機(jī)制與效果存在明顯差異。Y 主要通過(guò)形成細(xì)小且與基體高共格的 Y 2 O 3 納米顆粒，實(shí)現(xiàn)脫氧凈化、彌散強(qiáng)化及晶粒細(xì)化的協(xié)同效應(yīng)，是當(dāng)前研究最為系統(tǒng)的強(qiáng)化元素。La 則以 La₂O₃ 或 LaB 6 形態(tài)存在，能夠顯著細(xì)化晶粒、誘導(dǎo)柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，但高添加量時(shí)易導(dǎo)致顆粒粗化和塑性下降。Ce 兼具深度凈化與異質(zhì)形核雙重功能，形成的 CeO 2 納米顆粒具有優(yōu)異的界面共格性，可同時(shí)提升強(qiáng)度和延展性，是實(shí)現(xiàn)強(qiáng) - 塑協(xié)同優(yōu)化的潛在元素；而 Er 則以形成 Er 2 O 3 或 Al 2 Er析出相為主，通過(guò)異質(zhì)形核與釘扎作用細(xì)化組織、提高強(qiáng)度，但其正效應(yīng)高度依賴于摻入方式與冷卻速率，過(guò)量添加時(shí)易引發(fā)偏析與孔洞。總之，Y 與 Ce 在凈化與細(xì)晶強(qiáng)化方面更具代表性，La 與 Er 在調(diào)控形核行為與強(qiáng)化組織均勻性方面表現(xiàn)突出。合理控制稀土種類、含量與能量輸入等參數(shù)，是實(shí)現(xiàn) AM 鈦合金 “強(qiáng)度–塑性–穩(wěn)定性” 協(xié)同提升的關(guān)鍵途徑。

2、力學(xué)性能的響應(yīng)特征

2.1 REEs 摻雜鈦合金強(qiáng)度 / 硬度指標(biāo)優(yōu)化

REEs 通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化及固溶強(qiáng)化等核心機(jī)制，顯著影響 AM 鈦合金的宏觀力學(xué)性能。近年來(lái)，大量研究表明，REEs 能通過(guò)上述機(jī)制以及凈化熔體、界面調(diào)控等多重途徑顯著提升鈦合金及其復(fù)合體系的力學(xué)性能。稀土摻雜對(duì) AM 鈦合金組織演變具有重要影響。REEs 的添加可通過(guò)改變相變路徑、促進(jìn) α 相的析出，從而顯著弱化鈦合金的織構(gòu) [11-12]。同時(shí)影響鈦合金中 α 相和 β 相的轉(zhuǎn)變過(guò)程，改變兩相的穩(wěn)定性，并調(diào)控相變溫度和相變動(dòng)力學(xué)。例如，在 Ti-2La 和 Ti-1.4Fe-1.1La 系統(tǒng)中，通過(guò) SLM 和后續(xù)熱處理，發(fā)現(xiàn)了一種替代的相變路徑策略。α 晶粒首先通過(guò)共晶反應(yīng) L 1 + β → α形核，繼而從 β 相 (β → α)轉(zhuǎn)變而來(lái)。這種相變路徑在降低鈦合金織構(gòu)的同時(shí)，有助于形成等軸微觀組織，從而顯著改善鈦合金的力學(xué)性能。這種相變路徑也為抑制 AM 工藝中沿構(gòu)建方向具有強(qiáng) < 100 > β 取向的柱狀 β 晶粒的外延生長(zhǎng)提供了一種替代方案。REEs 還可通過(guò)其內(nèi)氧化作用降低基體氧含量，進(jìn)一步優(yōu)化鈦合金的力學(xué)性能。REEs 對(duì)鈦合金強(qiáng)度的凈影響是強(qiáng)化與軟化效應(yīng)共同作用的結(jié)果。一方面，REEs 可通過(guò)固溶、形成第二相粒子、細(xì)化晶粒、增加位錯(cuò)等方式產(chǎn)生強(qiáng)化作用；另一方面，REEs 會(huì)奪取固溶體中的間隙氧，降低間隙固溶強(qiáng)化效果，產(chǎn)生軟化作用。上述研究為設(shè)計(jì)具有優(yōu)異性能的 AM 鈦合金提供了重要的理論依據(jù) [14-15]。表 1 給出了基于 REEs 摻雜的 AM 鈦合金強(qiáng)度 / 硬度指標(biāo)優(yōu)化及其作用機(jī)理。

Dong 等人 [49] 通過(guò)球磨改性將 HDH-Ti 粉末轉(zhuǎn)化為近球形可打印的粉末，并采用 PBF-LB/M 技術(shù)實(shí)現(xiàn)原位合金化制備 Ti64，結(jié)果顯示微量 Y 的引入能有效清除氧雜質(zhì)并促進(jìn)晶粒細(xì)化，使合金在兼顧低成本的同時(shí)獲得超過(guò) 1080 MPa 的拉伸強(qiáng)度和優(yōu)良延展性。Wang 等人 [50] 進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在選擇性激光熔化制備的 Ti64 − Y₂O₃合金中，Y₂O₃的存在顯著抑制了高溫氧化層的形成，在 600~1000℃條件下氧化層厚度從 139.15 μm 降至 80.34 μm，且氧化動(dòng)力學(xué)由拋物線規(guī)律向線性規(guī)律轉(zhuǎn)變；其機(jī)理在于Y₂O₃促進(jìn)了更致密、穩(wěn)定氧化層的形成，有效抑制了氧的內(nèi)擴(kuò)散和 Al 原子的向外遷移，同時(shí)增強(qiáng)了氧化層與基體的結(jié)合力，從而延緩了高溫下的氧化進(jìn)程。Choi 等人 [51] 利用 DED 技術(shù)在 Ti64 基體中引入 YSZ 顆粒，發(fā)現(xiàn)高溫熔池中 YSZ 發(fā)生部分分解，并重新析出為彌散分布的納米Y₂O₃，相應(yīng)地顯著提升了材料強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度由 870 MPa 提升至 1315 MPa，抗拉強(qiáng)度由 980 MPa 提升至 1388 MPa，但延伸率由 16.4% 降至 1%，稀土氧化物強(qiáng)化同時(shí)伴隨塑性損失。YSZ 的分解 - 再析出過(guò)程及其產(chǎn)物Y₂O₃的彌散分布是引起強(qiáng)度顯著提升的關(guān)鍵機(jī)制。Ramaswamy 等人 [52] 采用粉末冶金方法制備了Y₂O₃納米顆粒增強(qiáng)的 Ti6Al4V 基復(fù)合材料，通過(guò)球磨混合、560 MPa 冷壓成型及在 1200、1300 和 1400℃下燒結(jié) 2h 的工藝，系統(tǒng)評(píng)估了不同Y₂O₃含量和燒結(jié)溫度對(duì)材料壓縮強(qiáng)度和硬度的影響。發(fā)現(xiàn)添加Y₂O₃納米顆粒顯著提升了復(fù)合材料的力學(xué)性能，其中以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%Y₂O₃在 1300℃燒結(jié)條件下表現(xiàn)最優(yōu)，壓縮強(qiáng)度和硬度達(dá)到最高；而質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1% 和 3% 的添加量或因增強(qiáng)相不足、或因顆粒團(tuán)聚導(dǎo)致性能下降。性能提升機(jī)理主要?dú)w因于Y₂O₃納米顆粒的彌散強(qiáng)化作用和晶界強(qiáng)化效應(yīng)，有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)并增強(qiáng)基體與增強(qiáng)相之間的界面結(jié)合，同時(shí)在 1300℃燒結(jié)時(shí)晶界結(jié)合最佳，而過(guò)高或過(guò)低溫度則分別導(dǎo)致 過(guò)燒或結(jié)合不充分，從而影響性能。Xu 等人 [53] 在 NiTi 合金中引入適量 CeO₂摻雜 (0.03%) 可顯著提升 LPBF-NiTi 合金的綜合性能，其機(jī)理主要包括三方面：一是 Ce 的高表面活性促進(jìn)異質(zhì)形核、降低液相表面張力并增大組分過(guò)冷傾向，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化 (平均晶粒尺寸由 5.51 μm 降至 3.53 μm)，增強(qiáng)晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙；二是形成納米級(jí) Ni-Ce 析出相，通過(guò) Orowan 機(jī)制強(qiáng)化基體，阻礙位錯(cuò)滑移；三是部分 Ce 固溶于基體引起晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)。這些機(jī)制共同作用提高了合金的屈服強(qiáng)度 (~786 MPa) 和形狀記憶恢復(fù)率，同時(shí)優(yōu)化了強(qiáng)塑性匹配。而過(guò)量 CeO₂(如 3%) 則因析出粗大 CeTi₂O₆相、晶粒粗化和氧含量增加導(dǎo)致性能惡化。此外， CeO₂的加入通過(guò)改變 Ni/Ti 比 (NiCe 析出降低 Ni 含量， CeTi₂O₆ 形成降低 Ti 含量) 調(diào)控相變溫度，表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。綜上，適量 CeO 2 摻雜通過(guò)晶粒細(xì)化、析出強(qiáng)化與固溶強(qiáng)化協(xié)同作用，有效提升了 LPBF-NiTi 合金的力學(xué)性能與形狀記憶效應(yīng)。Gu 等人 [54] 利用等離子噴涂在 Ti64 基體上引入釔穩(wěn)定氧化鋯 (YSZ) 層，顯著降低了涂層中 Ca²⁺的溶出率，并保持長(zhǎng)期黏結(jié)強(qiáng)度。Fernandez-Garcia 等人 [55] 通過(guò)溶膠 - 凝膠法包覆Y₂O₃構(gòu)建了 ZrO₂/Ti核殼復(fù)合體系，使彎曲強(qiáng)度由 368 MPa 提升至 637 MPa，并抑制了老化轉(zhuǎn)變，證明稀土氧化物殼層能有效抑制界面反應(yīng)并增強(qiáng)相穩(wěn)定性。Gao 等人 [56]、Zhou 等人 [57] 和 Liu 等人 [58] 在 AM 過(guò)程中分別通過(guò)控制Y₂O₃與 La₂O₃的摻雜量實(shí)現(xiàn)了晶粒細(xì)化、顯微硬度提升和組織均勻化，證實(shí)了稀土氧化物在異質(zhì)形核和釘扎機(jī)制中的關(guān)鍵作用。值得注意的是，Iizuka 等人 [59] 提出的熔鹽 - Y 體系脫氧燒結(jié)法進(jìn)一步擴(kuò)展了 REEs 在粉末凈化領(lǐng)域的應(yīng)用，使氧含量可精確調(diào)控至 3 × 10 ⁻⁵2 × 10 ⁻³，為提升鈦合金的塑韌性與疲勞壽命提供了新思路。總之，REEs 通過(guò)構(gòu)筑穩(wěn)定氧化相、凈化基體雜質(zhì)并促進(jìn)組織細(xì)化，已被證明是實(shí)現(xiàn) AM 鈦合金力學(xué)強(qiáng)化的有效途徑。

表 1 基于 REEs 摻雜的 AM 鈦合金強(qiáng)度 / 硬度指標(biāo)優(yōu)化及其作用機(jī)理

Tab. 1 Optimization of strength/hardness indicators and strengthening mechanism of AM titanium alloys based on REEs doping

REEs	材料體系	最佳含量	強(qiáng)度 / 硬度變化	主要強(qiáng)化機(jī)制	文獻(xiàn)
Y	Ti-15Mo-xY	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.5%	HB 硬度由 405 提高至 510	脫氧凈化、彌散強(qiáng)化 (Y2O3)	[23]
	Ti80-Y	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2%	抗拉強(qiáng)度提高 33 MPa	細(xì)化晶粒、彌散強(qiáng)化	[24]
	Ti64(LAMW)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.22%	抗拉強(qiáng)度 1052/1034 提高至 1150/1154 MPa	Orowan 強(qiáng)化 + 細(xì)晶強(qiáng)化協(xié)同	[29]
	Ti-600(SEBM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%	HV 硬度 391.3 (傳統(tǒng)工藝為 371.6)	細(xì)小 Y2O3 彌	[26]
	Ti₂AlNb(L-PBF)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2%	抗拉強(qiáng)度 1290 MPa	凈化熔池、抑制裂紋、彌散強(qiáng)化	[28]
	Ti 合金 (鑄造)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%	壓縮強(qiáng)度由 1753 MPa 提高至 2134 MPa	細(xì)化晶粒、Y2O3 析出強(qiáng)化	[31]
	Ti64(PBF-LB/M)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2%	拉伸強(qiáng)度達(dá) 1083 MPa，延伸率提升至 9%	Y 去除氧雜質(zhì)、細(xì)化晶粒，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)高塑	[49]
	Ti64-Y2O3(SLM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%的 Y2O3	高溫 (1000℃) 下氧化層厚度降低至 80 μm，顯微硬度達(dá) 763	Y2O3 抑制氧擴(kuò)散，形成致密 TiO2/Al2O3 層，提升抗氧化與表面硬化	[50]
	Y₂O₃/YSZ 鈦基材料 (DED)	Y2O3 預(yù)合金化鈦粉	顯微硬度由 381 HV 提升至 536 HV	預(yù)合金化 Y2O3 形成 Y2TiO3 析出相，固溶與析出強(qiáng)化；直接添加 YSZ 會(huì)分解失效	[51]
	Ti64-Y2O3 復(fù)合材料（PM）	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%的 Y2O3	抗壓強(qiáng)度達(dá)到 1100 MPa，顯微硬度達(dá)到 480	顆粒均勻分布，界面結(jié)合良好；超量添加導(dǎo)致團(tuán)聚反效應(yīng)	[52]
	HA/YSZ/Ti64 復(fù)合涂層 (等離子噴涂)	含 YSZ 穩(wěn)定層	Ca2+溶出速率降至 0.13 (mmol/L)/d；粘結(jié)強(qiáng)度保持穩(wěn)定	YSZ 增強(qiáng)涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與界面結(jié)合力	[54]
	ZrO₂/Ti 復(fù)合材料 (SPS)	表面包覆 Y2O3	彎曲強(qiáng)度由 368 MPa 提高至 637；耐老化性能顯著提升	Y2O3 殼層抑制界面反應(yīng)，穩(wěn)定 ZrO2 相，細(xì)化組織	[55]
	TC4 鈦合金接頭 (激光熔覆)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3%的 Y2O3	顯微硬度達(dá) 365.4，拉伸強(qiáng)度達(dá) 674.8 MPa	顯微硬度達(dá) 365.4，拉伸強(qiáng)度達(dá) 674.8 MPa	[56]
	Ti 粉末燒結(jié)體系 (熔鹽法)	Y/Y2O3 平衡體系，1 300 K	氧濃度降至 3×10-5 ~ 2×10-3	Y 在熔鹽中低氧分壓環(huán)境下脫氧凈化	[59]
La	NiCr-Cr3C2 涂層	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4%	顯微硬度≈850	細(xì)化初生相促進(jìn)球化	[32]
	Ti64(WLAM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%	HV 硬度由 370.6 提高至 413.2	異質(zhì)形核、納米顆粒彌散強(qiáng)化	[35]
	CP-Ti(SLM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%	屈服強(qiáng)度由 858 MPa 提高至 858 MPa	異質(zhì)形核、Zener 釘扎、位錯(cuò)與 Orowan 強(qiáng)化	[36]
	Ti64(LPBF)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1% 的 La 和 0.2% 的 B	晶粒細(xì)化 (由 1.13 μm 減小至 0.51 μm)，HV 硬度由 657 提高至 733，氧化增重僅為未摻雜樣	B 與 La 協(xié)同作用，促進(jìn) Al2O3 保護(hù)層形成，在晶界生成 La2O3 釘扎粒子，顯著提升高溫抗氧化性與組織穩(wěn)定性	[57]
	Ti64(CMT-WAAM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%La2O3	β 晶粒尺寸減少 17.5%~38%，HV 硬度提升 20，抗拉強(qiáng)度達(dá) 950 MPa	La2O3 作為異質(zhì)形核點(diǎn)促進(jìn)細(xì)等軸 β 晶形成并降低織構(gòu)強(qiáng)度，細(xì)化組織、提升強(qiáng)度與硬度	[58]
Ce	Ti64-xCe	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%	抗拉強(qiáng)度達(dá) 978.1 MPa	形成共格 CeO₂納米顆粒、凈化熔池	[39]
	Ti64-xCe	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.3%	耐磨性顯著提升 (磨損質(zhì)量 0.55 mg)	形成共格 CeO₂納米顆粒、凈化熔池	[39]
	Ti64	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%	抗拉強(qiáng)度由 787 MPa 提高至 957 MPa	凈化雜質(zhì)、細(xì)化晶粒、納米 CeO₂顆粒強(qiáng)化	[41]
	NiTi(LPBF)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.03%	抗拉強(qiáng)度達(dá) 858 MPa；抗壓強(qiáng)度達(dá) 4040 MPa	晶粒細(xì)化、Ni-Ce 析出強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化	[42]
	NiTi(LPBF)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.03%的CeO2	屈服強(qiáng)度由 684 MPa 提高至 786 MPa；斷裂應(yīng)變由 9.2% 提高至 10.1%	CeO2 細(xì)化晶粒、形成 NiCe析出相，提升形狀記憶與力學(xué)性能	[53]
Er	Ti64-xEr	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2%	抗拉強(qiáng)度 830 MPa	形成 Er2O3 和 Al2Er 析出相	[45]
	Ti64-0.5Si(PM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.2%	抗拉強(qiáng)度提升 22.3%	3異質(zhì)形核細(xì)化晶粒	[48]

2.2 REEs 摻雜鈦合金塑性指標(biāo)優(yōu)化

REEs 的添加對(duì)塑性的影響呈現(xiàn)出復(fù)雜的 “雙刃劍” 效應(yīng)，最終效果取決于添加量、分布狀態(tài)及工藝參數(shù)的精準(zhǔn)匹配。研究表明，適量 REEs 的添加可顯著改善塑性。REEs 在改善鈦合金塑性及韌性方面優(yōu)勢(shì)明顯。表 2 給出了基于 REEs 摻雜對(duì) AM 鈦合金的塑性優(yōu)化與作用機(jī)理。

表 2 基于 REEs 摻雜對(duì) AM 鈦合金的塑性優(yōu)化與作用機(jī)理

Tab. 2 Plasticity optimization and mechanism of AM titanium alloys based on REEs doping

REEs	材料體系	含量	塑性變化	主要影響因素與作用機(jī)理	文獻(xiàn)
Y	Ti80-Y	添加 0.2% 的 Y	抗拉強(qiáng)度提高 33 MPa，塑性顯著下降	晶界 Y2O3 富集	[24]
	Ti64(WAAM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 0.8%	可能產(chǎn)生枝晶間縮孔	Y 添加枝晶間縮孔形成	[25]
	Ti₂AlNb(L-PBF)	質(zhì)量含量為 0.1%	延伸率為 3.4%	凈化熔池、抑制裂紋、優(yōu)化組織	[28]
	Ti 合金 (鑄造)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%	壓縮比由 6.55% 提高至 12.07%	細(xì)化晶粒改善塑性	[31]
	Ti 合金	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%Y2O3	塑性提高	降低氣孔率與枝晶間距，提高構(gòu)件致密性與延展性；過(guò)量摻雜導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚和雪花狀缺陷	[61]
	Ti-Y 合金	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%	抗拉強(qiáng)度提高 7.4%	晶粒細(xì)化，生成細(xì)小沉淀相，使氧化膜均勻致密	[62]
La	TC11(WAAM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%	延伸率由 9.72% 降低至	脆性 La2O3 顆粒	[12]
	Ti64(WLAM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%	延伸率由 15.4% 降低至 8%	納米顆粒晶界偏聚、基體脆化	[35]
	TA15(WAAM)	經(jīng) LaF3金屬芯焊絲引入	延伸率提高 56.8%；沖擊韌性提升 33.1%	原位生成 La2O3 顆粒凈化 H/O雜質(zhì)，細(xì)化晶粒，削弱各向異性	[60]
	Ti 基體	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%	伸長(zhǎng)率由 24.0% 提高至 47.5%	晶粒細(xì)化與雜質(zhì)吸附，過(guò)量 La 會(huì)導(dǎo)致脆性斷裂	[63]
Ce	Ti64–xCe	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%	延伸率為 7.1%	細(xì)小共格 CeO2 納米顆粒	[47]
	Ti 合金 (PM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.5%	延伸率由 5% 提高至 15%	凈化熔池、細(xì)化晶粒、改善燒結(jié)密度	[40]
	Ti64	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%	延伸率由 8.88% 提高至 12.33%	凈化雜質(zhì)、細(xì)化晶粒、納米CeO2 顆粒釘扎位錯(cuò)	[41]
	NiTi(LPBF)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.03%	延伸率達(dá) 12.27%；壓縮應(yīng)變達(dá) 71.15%	晶粒細(xì)化、穩(wěn)定相變行為	[42]
Er	CP-Ti(PM+ODF)	偏析樣品	延伸率為 1.16%	液相燒結(jié)缺陷、嚴(yán)重偏析	[44]
	Ti-Al-Er	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2%	伸長(zhǎng)率為 10.6%	優(yōu)化析出相尺寸分布	[45]
	Ti64-xEr	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.2%	伸長(zhǎng)率提升 10.0%	Er2O3 細(xì)化晶粒	[48]
	Ti64-0.5Si(PM)	質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.6%	抗拉強(qiáng)度提高 18%，伸長(zhǎng)率提高 8%	氧化物晶界聚集、引發(fā)微裂紋	[48]

Yu 等人[60]通過(guò)雙絲電弧定向能量沉積 （DWA-DED）技術(shù)在 TA15 鈦合金中引入 LaF3，利用原位反應(yīng)在沉積過(guò)程中生成 La2O3 納米顆粒并凈化熔池，同時(shí)實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化、降低氧氫雜質(zhì)含量并改善相變織構(gòu)分布，協(xié)同提升鈦合金的強(qiáng)度、塑性與各向同性。Ling 等人[61]研究進(jìn)一步驗(yàn)證，適量 Y2O3 的加入可有效降低氣孔率和枝晶間距，提高構(gòu)件致密性與延展性；但過(guò)量加入會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚并誘發(fā)雪花狀缺陷，削弱塑性。Won 等人[62]通過(guò)熔煉制備 Ti-Y 合金，僅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%的 Y 即可細(xì)化晶粒并生成細(xì)小沉淀相，使氧化膜更均勻致密，顯著提高了電化學(xué)穩(wěn)定性并保持優(yōu)良延展性，而過(guò)量 Y 會(huì)形成粗大沉淀相而導(dǎo)致脆化。Zhu 等人[63]在純鈦體系中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%的 La 實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化與雜質(zhì)吸附，伸長(zhǎng)率由 24.0%提升至47.5%，但過(guò)量的 La 亦導(dǎo)致脆性提高。綜合來(lái)看，REEs 在塑性強(qiáng)化中的關(guān)鍵作用在于通過(guò)凈化反應(yīng)與晶界釘扎效應(yīng)協(xié)同調(diào)控組織均勻性與界面完整性，適量摻雜可實(shí)現(xiàn)塑性和韌性的綜合優(yōu)化，而過(guò)量添加易引起團(tuán)聚和第二相粗化，導(dǎo)致性能劣化。

3、結(jié)論

本研究系統(tǒng)揭示了 REEs 對(duì) AM 鈦合金組織與性能的多維度調(diào)控規(guī)律。研究結(jié)果表明，Y、Ce 等 REEs通過(guò)熔池凈化 （顯著降低氧含量）、異質(zhì)形核 （誘導(dǎo)柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變）及彌散強(qiáng)化 （形成納米級(jí)稀土氧化物）等協(xié)同機(jī)制，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化、缺陷抑制和性能提升。尤為重要的是，REEs 的表面活性效應(yīng)能有效降低熔體表面張力，提高激光吸收率，從根本上改善鈦合金的 AM 工藝適應(yīng)性。然而，稀土摻雜呈現(xiàn)顯著的 “成分-工藝-性能”敏感性。其強(qiáng)化效果存在最佳窗口 （如 Y:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2%~0.5%，Ce:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%~0.5%），適量添加可同步提升強(qiáng)度與塑性，但一旦過(guò)量則易引發(fā)氧化物偏聚、枝晶間縮孔等缺陷，導(dǎo)致塑性急劇下降。AM 工藝特的有快速凝固特性能夠有效抑制 REEs 的宏觀偏析，促進(jìn)納米級(jí)彌散相均勻分布，這是其相較于傳統(tǒng)鑄造工藝的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

未來(lái)稀土摻雜高性能鈦合金的發(fā)展趨勢(shì)將從單一強(qiáng)化向 “多機(jī)制協(xié)同強(qiáng)化”轉(zhuǎn)變，從經(jīng)驗(yàn)式添加向 “精準(zhǔn)化成分與界面設(shè)計(jì)”擴(kuò)展。研究將側(cè)重稀土對(duì)熔池行為、晶界結(jié)構(gòu)、第二相形貌以及多尺度組織的調(diào)控機(jī)制，并與 AM 技術(shù)、先進(jìn)模擬、機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)化制備路線深度結(jié)合。最終目標(biāo)是獲得高強(qiáng)度、高韌性、高溫穩(wěn)定性與高可靠性兼?zhèn)涞男乱淮�高性能稀土鈦合金�?/p>

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（注，原文標(biāo)題：基于稀土摻雜的增材制造鈦合金力學(xué)性能與微觀組織演化機(jī)制研究）

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tag標(biāo)簽:增材制造鈦合金,稀土摻雜,精準(zhǔn)設(shè)計(jì),高端裝備

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