传统LPBF工艺制造的铝合金普遍呈现单一柱状晶结构，在循环载荷下易因位错堆积引发早期失效。北京科技大学曲选辉教授研究团队（博士生孙金娥（第一作者），张百成教授（通讯作者），北京科技大学为第一通讯单位）与新加坡南洋理工大学Upadrasta Ramamurty教授，美国加州大学Punit Kumar教授（通讯作者）合作，突破性提出"动态热场调控"策略，通过精准调控激光扫描速度（450-1450 mm/s）与基板温度（25-200℃），在国际上首次实现同一合金体系内柱状晶、等轴晶及"柱状-等轴双晶形"三种微观结构的可控制备，将增材制造从"结构成形"推进到"性能定制"的新维度。

(1) 工艺调控与多晶形态晶粒设计

研究团队通过调整LPBF工艺参数（如扫描速度、基板温度），成功制备了具有柱状晶、等轴晶及双晶形（双峰）微观结构的Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金。其中，双晶结构通过柱状晶与等轴晶的协同分布，实现了230 MPa的疲劳强度（10⁷次循环），较传统LPBF铝合金提升30%以上，创下该领域目前报道的最高值。

(2) 双晶结构的协同变形机制

(3）等轴晶的局限性及优化方向

该成果相较于传统工艺：

1.疲劳寿命提升2个数量级，可满足航空发动机叶片等关键件10⁷次循环要求  

2.制造成本降低30%（省去后续热处理工序）  

3.材料利用率达98%，契合航空航天轻量化与可持续发展需求 

工业应用前景：

该成果不仅为航空航天领域的高可靠性部件（如发动机支架、舱体结构）提供了材料设计范式，还可推广至新能源汽车、轨道交通等需兼顾轻量化与耐久性的场景。此外，团队提出的工艺参数优化方案（如扫描策略调整）与现有工业设备兼容，具备快速产业化潜力。

此项研究标志着金属增材制造从“成形控制”迈向“性能定制”的新阶段，为高性能铝合金的疲劳性能优化开辟了创新路径。相关成果已引起国际同行高度关注。

国家重大人才工程入选者，现任先进粉末冶金材料与技术北京市重点实验室主任，国务院学位委员会第八届学科评议组成员，教育部高等学校材料类专业教学指导委员会委员。曾留学加拿大UBC（1986-1988年），曾任材料科学与工程学院院长（2004-2014年）、新材料技术研究院院长（2008-2020年）。主要学术兼职：中国新材料产业技术创新战略联盟副理事长，中国金属学会常务理事兼粉末冶金分会主任委员，《粉末冶金技术》主编，《粉末冶金工业》副主编， Powder Metall , Acta Metall Sinica, Rare Metals, Metals 等10余杂志编委。2023年当选国际先进材料学会会士（IAAM Fellow)。

张百成 北京科技大学新材料技术研究院 教授 博士生导师