傳統LPBF工藝制造的鋁合金普遍呈現單一柱狀晶結構，在循環載荷下易因位錯堆積引發早期失效。北京科技大學曲選輝教授研究團隊（博士生孫金娥（第一作者），張百成教授（通訊作者），北京科技大學為第一通訊單位）與新加坡南洋理工大學Upadrasta Ramamurty教授，美國加州大學Punit Kumar教授（通訊作者）合作，突破性提出"動態熱場調控"策略，通過精準調控激光掃描速度（450-1450 mm/s）與基板溫度（25-200℃），在國際上首次實現同一合金體系內柱狀晶、等軸晶及"柱狀-等軸雙晶形"三種微觀結構的可控制備，將增材制造從"結構成形"推進到"性能定制"的新維度。

(1) 工藝調控與多晶形態晶粒設計

研究團隊通過調整LPBF工藝參數（如掃描速度、基板溫度），成功制備了具有柱狀晶、等軸晶及雙晶形（雙峰）微觀結構的Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金。其中，雙晶結構通過柱狀晶與等軸晶的協同分布，實現了230 MPa的疲勞強度（10⁷次循環），較傳統LPBF鋁合金提升30%以上，創下該領域目前報道的最高值。

(2) 雙晶結構的協同變形機制

(3）等軸晶的局限性及優化方向

該成果相較于傳統工藝：

1.疲勞壽命提升2個數量級，可滿足航空發動機葉片等關鍵件10⁷次循環要求  

2.制造成本降低30%（省去后續熱處理工序）  

3.材料利用率達98%，契合航空航天輕量化與可持續發展需求 

工業應用前景：

該成果不僅為航空航天領域的高可靠性部件（如發動機支架、艙體結構）提供了材料設計范式，還可推廣至新能源汽車、軌道交通等需兼顧輕量化與耐久性的場景。此外，團隊提出的工藝參數優化方案（如掃描策略調整）與現有工業設備兼容，具備快速產業化潛力。

此項研究標志著金屬增材制造從“成形控制”邁向“性能定制”的新階段，為高性能鋁合金的疲勞性能優化開辟了創新路徑。相關成果已引起國際同行高度關注。

國家重大人才工程入選者，現任先進粉末冶金材料與技術北京市重點實驗室主任，國務院學位委員會第八屆學科評議組成員，教育部高等學校材料類專業教學指導委員會委員。曾留學加拿大UBC（1986-1988年），曾任材料科學與工程學院院長（2004-2014年）、新材料技術研究院院長（2008-2020年）。主要學術兼職：中國新材料產業技術創新戰略聯盟副理事長，中國金屬學會常務理事兼粉末冶金分會主任委員，《粉末冶金技術》主編，《粉末冶金工業》副主編， Powder Metall , Acta Metall Sinica, Rare Metals, Metals 等10余雜志編委。2023年當選國際先進材料學會會士（IAAM Fellow)。

張百成 北京科技大學新材料技術研究院 教授 博士生導師