本項目針對航空發動機、核電等多功能高性能金屬零件快速制造的國家重大需求，以及高性能零件3D打印技術實用化中所遇到的瓶頸--性能與成形性難以控制的問題，向金屬零件直接成形技術前沿難題--梯度組織多功能復合（MFGM）高性能零件的成形性與性能并行控制、高效成形進行了挑戰。提出并研究了MFGM零件多特性電磁場柔性復合控制熔積直接成形新方法。在國內外率先提出時空可控電磁場與隨動半固態微型軋制復合增材制造高性能多功能復雜梯度零件的新方法。 主要研究內容為： （1）電磁柔性復合熔積成形MFGM制件的宏細微觀機理研究 （2）電磁柔性復合熔積成形MFGM制件的成形性與形狀質量控制規律研究 （3）電磁柔性復合熔積成形MFGM制件的組織形成及控制規律的研究 （4）MFGM零件電磁柔性復合熔積成形的試驗研究 將外加高頻或恒穩磁場與熔積電場柔性復合，并控制復合時序和位向及電磁參數，既可抑制變形和開裂，提高成形效率，又可自由調控組織形態空間分布，并強化界面結合，從而高效創制極限性能MFGM零件。針對外加電磁場下的電弧熔積成形，建立了電磁--熱--應力--流體多場耦合的系統仿真框架，實現了外加電磁場下的電弧熔積成形過程的高效有限元電磁計算。 探索了電-磁復合場與傳質-運動場耦合作用的超常態成形過程熱應力與組織演變規律，利用外加電磁熱減小零件殘余應力和變形，提出了外加電磁熱的仿真策略，用宏細觀多尺度模擬與實驗研究揭示復合場制備MFGM零件形性并行控制機理，發現了外加縱向磁場驅動了強烈的熔池旋轉攪拌流動。借助仿真工具和有限元電磁分析，實現了外加電磁場對晶粒大小的控制（細化或粗化），以及對熔池流場影響的預測。 通過本項目的研究，建立了MFGM零件電磁控制高效直接成形技術，以及電磁微鑄軋無模直接制造的創新技術裝備原型，實現了新型高性能FGM零件形狀與組織的并行智能化創制與調控，發展出特殊物理場短流程制造科學理論，為戰略產業關鍵零件的高性能高效低成本制造提供自主創新核心技術基礎支持。

針對航空發動機、核電等多功能高性能金屬零件快速制造的國家重大需求，挑戰金屬零件直接成形技術前沿難題-梯度組織多功能復合（MFGM）高性能零件的成形性與性能并行控制高效成形，提出并研究MFGM零件多特性電磁場柔性復合控制熔積直接成形新方法。即將外加高頻或恒穩磁場與熔積電場柔性復合，并控制復合時序和位向及電磁參數，既可抑制變形和開裂，提高成形效率，又可自由調控組織形態空間分布，并強化界面結合，從而高效創制極限性能MFGM零件。探索電-磁復合場與傳質-運動場耦合作用的超常態成形過程熱應力與組織演變規律，用宏細觀多尺度模擬與實驗研究揭示復合場制備MFGM零件形性并行控制機理，建立MFGM零件電磁控制高效直接成形技術原型，發展特殊物理場短流程制造科學理論，為戰略產業關鍵零部件的高性能高效低成本制造提供自主創新核心技術基礎支持。

激光熔覆成形技術是一種新的快速原型制造技術，它具有成形零件性能優良、組織結構致密和成本低的優點，是快速原型制造技術中一個重要的發展方向。激光熔覆成形技術在我國還處于起步階段，需要研究的問題很多，如激光熔覆成形零件的變形問題、成形零件的尺寸精度問題、成形零件的表面質量問題和成形粉末的設計及調整問題等。但激光熔覆成形零件中的微裂紋問題是其中最重要的，因為激光熔覆成形的零件如果產生了微裂紋，則這個零件等于報廢，零件的其它性能根本都談不上。本項目在深入分析激光熔覆成形工藝規律的基礎上，提出了控制微裂紋的五種方法，即優化熔覆成形基體材料、優選和匹配熔覆成形粉末、優化熔覆成形環境、監控激光熔覆成形熔池溫度和在激光熔覆成形過程中引入超聲振動。通過對這五種方法的深入研究，找到合適的工藝參數和規律，達到控制激光熔覆成形零件微裂紋的目的，促進激光熔覆成形技術在我國的發展和應用，也為其它激光加工技術提供參考。 2100433B