纳米WC增强振荡激光沉积GH3536合金的高温力学性能与断裂机制研究

推荐：针对GH3536合金高温力学性能退化问题，研究人员通过环形振荡激光沉积技术制备纳米WC/GH3536复合材料，系统分析了其微观结构与25°C/980°C拉伸性能。结果表明，980°C下复合材料屈服强度提升9%，断裂伸长率提高46%，断裂机制由纯合金的脆性断裂转变为韧性增强，为航空航天高温部件材料设计提供新思路。

　　

在航空航天发动机燃烧室、高压涡轮等关键部件制造领域，GH3536合金因其优异性能被广泛应用。然而，传统激光沉积制备的GH3536合金在高温环境下存在显著性能衰减，尤其是500°C以上时材料延展性急剧下降，严重制约了其在极端环境下的可靠性。与此同时，虽然添加陶瓷颗粒强化金属基复合材料的研究已有进展，但关于纳米碳化钨（WC）增强镍基高温合金的高温性能研究仍存在空白。

中国民航大学（Civil Aviation University of China）的研究团队创新性地采用环形振荡激光沉积技术，将8%纳米WC颗粒（100-200 nm）引入GH3536合金，通过对比纯合金与复合材料在25°C和980°C下的力学行为，揭示了纳米WC对材料高温性能的调控机制。这项突破性成果发表在《Materials Science and Engineering: A》上，为开发新一代高温服役金属基复合材料提供了重要理论依据。

研究团队运用三项核心技术：环形振荡激光沉积（通过90Hz高频振荡分散高斯光束能量）、球磨混粉（GH3536球形粉末与纳米WC混合4小时）以及高温原位拉伸测试（980°C环境下的准静态拉伸）。通过显微硬度测试、扫描电镜（SEM）断口分析和电子背散射衍射（EBSD）等技术，系统表征了材料微观结构演变规律。

【WC/GH3536复合制造】章节显示，振荡激光独特的能量分布使复合材料获得更均匀的微观组织。与纯合金相比，纳米WC的引入显著细化了晶粒尺寸，并在高温下促进富W碳化物析出。

【力学性能】部分的数据表明：在25°C时，复合材料屈服强度提升17%，但断裂伸长率降低95%；而在980°C时却呈现逆转——复合材料不仅屈服强度提高9%，断裂伸长率更比纯合金增加46%。这种温度依赖的性能反转现象在以往研究中从未被报道。

断口形貌分析揭示了关键机制：纯合金在高温下晶粒异常长大导致晶界弱化，发生沿晶脆性断裂；而纳米WC通过双重作用改善性能——低温时作为弥散强化相阻碍位错运动，高温时则通过形成连续碳化物网络抑制晶界滑移。这种温度自适应的强化机制，使得复合材料在极端环境下仍能保持良好韧性。

该研究首次阐明了纳米WC增强镍基合金的高温断裂机制，为航空航天高温部件材料设计提供了新范式。特别是980°C下复合材料强度与塑性的同步提升，突破了传统金属基复合材料"高强度-低塑性"的固有认知。研究获得国家自然科学基金民航联合重点等项目支持，相关成果可直接应用于航空发动机热端部件的激光增材制造与修复领域。