Acta Materialia：激光粉末床熔融原位合金化过程的元素偏析与溶质传输机制

背景：激光粉末床熔融原位合金化技术可直接制备任意成分的钛铌合金，在生物医用植入体领域潜力巨大，但因钛与铌热物理性质差异，实现成分均匀性面临挑战。研究目的：针对传统实验和已有模型在捕捉动态演变和描述凝固路径上的不足，发展耦合实际凝固路径的热-流-溶质多物理场模型，以揭示钛铌合金原位合金化过程中的熔池动力学、溶质传输与元素偏析机制。结论：研究阐明了熔池混合由马兰戈尼对流和反冲压力驱动，铌含量增加会改变熔池形貌，适当提高能量密度可改善成分均匀性，并发现了快速凝固中富铌条带的形成规律。通过调控激光能量密度、扫描间距及重熔策略可有效提升成分均匀性，该模型为钛铌及其他二元互溶合金的原位合金化提供了理论支撑和可推广的框架。