近日，南方科技大学机械与能源工程系讲席教授朱强团队与中山大学副教授胡小刚合作在激光增材制造高裂纹敏感性高温合金蠕变机理及性能预测方面取得重要进展，相关成果以“Creep behaviour investigation of additively manufactured IN738LC superalloy based on Materials Genome approach”为题在国际期刊Materials  Science and Engineering: R 上发表研究类论文。

激光增材制造释放了结构设计约束和跨尺度组织构筑性，为突破当前高温结构材料的制造极限提供了创新方案，有望满足航空发动机、燃气轮机等重大装备对极端高温性能的迫切需求。蠕变性能作为衡量高温环境下构件服役性能与可靠度的关键指标，其重要性不言而喻。因此，加速构建激光增材制造合金蠕变性能数据库，并发展先进的蠕变行为预测技术，对于推动增材制造技术在装备制造领域的应用具有重要意义。

然而，激光增材制造高温合金目前仍面临诸多挑战：一是高性能高温合金裂纹敏感性高，打印过程中普遍存在开裂问题；二是激光增材高温合金蠕变性能显著低于传统铸造合金，限制高温高应力服役条件下的产品替代潜力；三是传统的蠕变测试方法因效率低下、成本高昂，难以满足快速建立材料成分、制造工艺与蠕变性能之间关系数据库的迫切需求；四是现有的蠕变性能预测技术大多聚焦于断裂寿命的预测，而缺乏对材料在不同服役阶段形变与损伤动态演化过程的准确描述。

针对这一难题，朱强团队与胡小刚开展合作研究。团队以高裂纹敏感性高温合金IN738LC为验证材料，提出液相诱导愈合后处理方案修复激光增材制造过程中产生的微裂纹，提升材料致密度（图1）；在此基础上，团队研发了高通量蠕变测试技术，在保证压缩蠕变温度及载荷一致性的同时将数据的获取效率提升8倍（图2），结果表明经过LIH处理后合金的最小压缩蠕变速率与诸多代表性高蠕变性能工程合金（铸态）相当或更优（图3）；更进一步地，团队基于优化算法构建了最小蠕变速率与温度和压力之间的映射关系；最后融合深度学习技术，构建了能够精准预测IN738LC合金在任意温度与应力条件下蠕变行为的预测模型，为材料的服役性能评估与优化设计提供了强有力的工具（图4）。

图1. 采用液相诱导愈合技术（LIH）修复激光增材制造裂纹

图2. (a)高通量压缩蠕变测试系统CC801；(b) IN738LC不同温度与应力条件下压缩蠕变曲线

图3. LPBF-IN738LC合金（LIH处理态）与常用高性能高温合金（铸态）最小压缩蠕变速率对比

图4. 采用深度学习模型对LPBF-IN738LC蠕变行为预测

此研究不仅运用激光增材制造制备出蠕变性能卓越的高裂纹敏感性高温合金，并深入剖析其微观机制，更为关键的是，它基于“材料基因组计划”理念，将高通量蠕变测试技术与机器学习相融合，为建立精准的蠕变行为预测模型提供了新路径，对于推动高温结构材料的快速研发与广泛应用具有重要意义。

南方科技大学机械与能源工程系博士后徐振为文章第一作者，朱强为通讯作者，胡小刚为共同通讯作者。朱强团队成员吕志威博士、王致远、李卓宇、史志芳、陈振南，以及中山大学副教授郭川等也为研究做出重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金委、中国博士后科学基金会、深圳市科技创新局以及南科大分析测试中心等部门的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2024.100914