高γ′含量镍基高温合金因其优异的高温强度，被广泛应用于航空发动机关键热端部件。然而，这类合金在增材制造过程中极易产生热裂纹，严重制约其工程应用。针对这一核心难题，上海交通大学孙宝德院士团队提出了一种不同于传统“抑制液膜”的新思路——通过“液膜工程”（liquid-film engineering）主动调控枝间液膜结构，从根本上提升材料的抗开裂能力。该项研究成果以“Yttrium-driven liquid-film engineering suppresses hot cracking in high-γ′-content nickel-based superalloys under rapid solidification laser glazing“为题发表于材料学领域经典期刊《Scripta Materialia》。博士生李云婷为论文第一作者，通讯作者为康茂东副研究员，王俊教授，研究工作受到了先进材料国家科技重大专项、国家自然科学基金和上海市浦江人才项目的资助。

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https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2026.117300

研究采用激光重熔（laser glazing）模拟增材制造的快速凝固条件，系统研究了不同钇（Y）含量对合金组织与开裂行为的影响。结果表明，当Y含量达到约2.0 at.%以上时，材料表面残余应力和裂纹密度显著降低，其中裂纹数量密度降低达两个数量级。多尺度显微结构表征揭示了其关键机制：随着Y含量增加，枝间富Y相由孤立颗粒逐渐演变为贯通的三维Ni₅Y网络结构。这一网络不仅能够有效促进液态补缩、缓解凝固收缩，还通过取代胞界上的一次γ’ （相比于一次γ′相，Ni₅Y具有更大摩尔体积）降低局部应变集中，从而显著抑制热裂纹的萌生与扩展。同时，经旋进电子衍射（PED）应变分析进一步证实，Ni₅Y取代一次γ’在胞界上析出，该结构转变能有效降低胞界处的拉伸应变，实现更加均匀的应变分布。这一发现表明，热裂纹的本质不仅与元素偏析有关，更取决于液膜的形态与性质。该研究首次从“液膜可工程化”的角度，提出通过构建连续枝间网络来提升抗裂性能，为高γ′镍基高温合金的增材制造提供了新的设计范式。

图1.不同 Y 含量下的 SCI-fs 曲线。Y 添加量分别为0 at.% (a), 0.5 at.% (b), 1.0 at.% (c), 1.4 at.% (d), 2.0 at.% (e), 2.5 at.% (f) 对应的平均 SCI 值依次为3370.4、2567.2、1961.9、1722.6、1526.0 和1416.8。

图2. 0.5–2.5Y 试样重熔表面的残余应力测试结果（a）；表面裂纹形貌（b–f）；表面裂纹密度统计结果（g）；以及截面裂纹示意图（h）。

图3. 0.5Y（a1–a3）和 2.0Y（b1–b3）试样的透射明场像（BF）及对应暗场像（DF）、元素面分布图；0.5Y 中一次 γ′相（a4）与 2.0Y 中 Ni₅Y 相（b4）的高分辨透射像（HRTEM）及对应快速傅里叶变换图（FFT）；以及 0.5Y（c）和 2.0Y（d）的旋进电子衍射（PED）应变分析结果。