复杂结构单晶高温合金叶片长期服役于极端高温/高应力耦合环境，易发生叶尖磨损失效。激光修复凭借“精准控形、逐层外延”的优势，成为单晶叶片修复的主流技术。
近日，重庆研究院3D打印技术研究中心在《Journal of Alloys and Compounds》期刊上发表了题为“Mechanism of microstructure evolution of DD5 single-crystal superalloy fabricated by dual-wavelength laser powder bed fusion”的研究进展，这也是国内外首次报道DD5单晶同轴双波长激光粉末床修复技术。针对单晶叶片非(001)晶面激光修复特有的G/R场耦合调控难题，该论文提出熔池热力学梯度与晶体外延生长的动态耦合机制是决定单晶完整性的核心要素，而通过同轴双波长激光协同调控可实现热-力-相变多场耦合过程的精准匹配。论文作者采用同轴双波长激光粉末床修复新工艺，通过调节轴向/径向热流比例解决了复杂曲面非对称热传导导致的G/R失配问题。研究结果发现，通过同轴双波长实时补偿熔池温度梯度分布，动态匹配枝晶外延生长方向与基底晶体取向，可保证单晶结构连续外延生长。
该研究成果揭示了晶面取向对单晶完整性的决定性影响，有力佐证了同轴双波长技术在调控枝晶外延生长方面的技术优势和潜力，为揭示单晶叶片非(001)晶面激光修复枝晶外延生长机制和界面缺陷动态演化规律奠定科学基础，为复杂空心单晶叶片激光粉末床修复形性协同调控提供理论支撑，对于建立更广义的复杂曲面单晶高温合金叶片修复提供了新范式。
重庆研究院王林志副研究员为论文的第一作者兼通讯作者，该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院金属研究所、中国科学院青年创新促进会等支持。
图1 同轴双波长激光粉末床修复DD5合金晶界分布及晶面取向偏差角统计图
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925838825015725