近日，長(zhǎng)春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院跨尺度微納制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室許金凱教授團(tuán)隊(duì)，在機(jī)械制造領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《國(guó)際機(jī)床與制造》(《International Journal of Machine Tools and Manufacture》，簡(jiǎn)稱“IJMTM”，中科院一區(qū)，IF=18.8)上發(fā)表題為“一種新型電化學(xué)增材制造策略：飛秒激光輔助定域電化學(xué)沉積”(“A novel strategy for electrochemical additive manufacturing: Femtosecond laser-assisted localized electrochemical deposition”)的研究類論文。

《國(guó)際機(jī)床與制造》在學(xué)術(shù)界具有極高的影響力，2024年度全球接稿量?jī)H有49篇。此次發(fā)表的研究論文，長(zhǎng)春理工大學(xué)為第一通訊單位，機(jī)電工程學(xué)院博士研究生鄒兆強(qiáng)為第一作者，任萬飛副教授、許金凱教授為共同通訊作者。

定域電化學(xué)沉積(LECD)技術(shù)在制造微尺度三維金屬結(jié)構(gòu)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)LECD技術(shù)長(zhǎng)期受困于一個(gè)核心矛盾：提高沉積效率會(huì)導(dǎo)致沉積質(zhì)量下降，內(nèi)部缺陷增多，降低結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，而追求精度又需要犧牲速度。這種效率與質(zhì)量難以兼得的困境，嚴(yán)重限制了電化學(xué)沉積技術(shù)的發(fā)展。該論文提出了一種創(chuàng)新性解決方案：飛秒激光輔助定域電化學(xué)沉積(FsLA-LECD)技術(shù)，通過將飛秒激光輻照與電化學(xué)沉積微區(qū)精確耦合，并利用激光能量調(diào)控電化學(xué)沉積過程，同步實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)雜金屬微結(jié)構(gòu)的高效制造。

研究從“點(diǎn)—面—體”演化全過程，揭示了激光輻照對(duì)傳質(zhì)過程、成核動(dòng)力學(xué)及晶粒生長(zhǎng)演化的調(diào)控作用。實(shí)驗(yàn)與計(jì)算分析表明：激光在反應(yīng)微環(huán)境中誘導(dǎo)的馬蘭戈尼效應(yīng)增強(qiáng)了微區(qū)電解液補(bǔ)充能力，使沉積電流密度顯著提升，最終實(shí)現(xiàn)15.47μm3/s的體積沉積速率，在保證沉積質(zhì)量的同時(shí)，沉積效率提升3倍以上，成功制備出等直徑、竹節(jié)狀及沙漏形等多種微結(jié)構(gòu)。此外，脈沖激光能量驅(qū)動(dòng)階梯式電流增強(qiáng)，在銅微結(jié)構(gòu)內(nèi)誘導(dǎo)納米孿晶形成，使其屈服強(qiáng)度達(dá)到1.08GPa，顯著超越傳統(tǒng)電化學(xué)沉積材料。研究證明FsLA-LECD技術(shù)兼具高效制造與增強(qiáng)力學(xué)性能的雙重優(yōu)勢(shì)，可有效解決沉積速率與制造質(zhì)量相互制約的電化學(xué)沉積固有難題，為高性能微制造創(chuàng)新方法奠定了研究基礎(chǔ)。

審核編輯 黃宇