3D打印+高温合金粉末能上天　金川攻关团队目光投向AI

党的二十届四中全会将科技创新置于中国式现代化全局的核心位置，对“加快高水平科技自立自强，引领发展新质生产力”作出战略部署，明确提出“推动科技创新和产业创新深度融合”的重大任务。

这一部署，正成为金川各领域科创工作者攻坚克难的行动指引，尤其在高端装备制造与新材料研发领域催生出强劲动能。

2025年3月，TCT亚洲3D打印、增材制造展览会启幕，金川集团研发中心国重实验室镍钴金属材料研究所所长卢苏君盯着新闻中“国内首创K438高温合金粉末成功应用于大尺寸飞机发动机热端零部件”的消息陷入沉思。

K438高温合金（IN738），是一种镍基沉淀硬化型铸造高温合金，因其优异抗热腐蚀和组织稳定性，被广泛应用于航空航天、燃气轮机制备件领域。“K438在飞机零部件上成功运用，证明航空发动机‘卡脖子’难题正被进一步破解。”回忆起当时的心情，卢苏君依旧难掩激动。

喜悦之余，卢苏君大脑飞速旋转，3D打印技术越发成熟，高强度K438合金如果能借助高精度3D打印，做到复杂、精密部件增速量产，打印件性能堪比甚至超越铸造工艺，岂不实现了从“能用”到“好用”的又一步跨越？

抱着这一“大胆”设想，作为“K438改进型”项目负责人，卢苏君当即组织副所长陈韩锋和潘多鹏、段军灵、王欢欢等骨干技术人员一头扎进实验室。

起步便遇“拦路虎”

“传统K438合金与3D打印技术的‘性格’比预想中更为不合。”镍钴金属材料高级工程师潘多鹏坦言，自己的思路一开始还是没能追上现实。在卢苏君带领项目组成员不断深入的同时，所有人对传统铸造K438高温合金应用于3D打印过程中暴露的问题也有了更精准把握。

“首先是高裂纹敏感性。K438高温合金在3D打印快速加热与冷却过程中，会因凝固应力引发裂纹，影响打印零件结构完整。”潘多鹏声音略显疲惫却不失兴致：“其次是致密度难达标。3D打印要求粉末具备良好流动性和铺粉性，K438合金成分复杂，制粉阶段若工艺把控不当，容易产生空心粉、卫星粉等缺陷，最终导致零件内部出现气孔、疏松问题，难以达到高温部件所需的高致密度要求。”

频出的状况、紧迫的时间，考验着这支年轻的科创团队。“打个比方，K438合金像一瓶功效强劲的特调饮品，但想让它适用于特定人群，必须对其成分优化再升级。”卢苏君团队成员从不是悲观主义，他们打心底坚信，对K438成分进行优化设计，推出K438改进型（K438G）方向没错，只要努力尝试、不断微调，正确元素配比和工艺流程定能浮出水面。

走好电极棒这第一步

能够稳定获取高致密度母合金棒，是后续所有流程的前提和基础，而熔炼工艺控制技术便是其中关键。

K438G高温合金含有镍、铝、钛、钽等27种不同化学成分，这一特性使一开始的原料甄选就颇有难度。“为确保合金纯度，K438G原料成分挑选可以说相当考究。”潘多鹏介绍，选择合适纯度、形态的金属原材，之后烘烤去除水分，能很好避免熔炼时水分引入气体杂质。

测试结果时好时坏，杂质介入超过额定范围，电极棒性能会大受影响。提及那段经历，金属材料研究员段军灵还会不自觉皱起鼻子，“那段时间，睡觉都在想如何剔除这群‘不速之客’。”

抛开材料成分，分级熔炼与精炼也是一道棘手关卡。

“K438G母合金中的夹杂物主要源于熔炼过程污染、耐火材料侵蚀及脱氧反应产物。这些夹杂物和缺陷会显著降低合金各项性能。”陈韩锋带头攻关，多少日夜他和团队守在炉旁，伴晨曦醒来，与星光做伴。“研究熔炼过程夹杂物清除与抑制、铸造过程夹杂物拦截是一项系统工程，需综合考量分流槽、模具、过滤网浇铸等诸多因素。”陈韩锋说。

一次精炼，二次加料，浇铸成型……一套“组合拳”下来，逐步确定出最佳浇铸温度、浇铸速度、浇铸气氛等关键浇铸工艺技术指标，电极棒的组织均匀性和致密度均值达标。

粉末制备见真招

让团队再次“上紧发条”的，是如何在成功制备高致密度、无缩孔K438G电极棒基础上，进一步攻克高球形度，低卫星粉、空心粉率，低氧低氮含量合金粉末的制备难题。

“要解决这一问题，重中之重是改进成分调控工艺，优化合金相组成。”潘多鹏一针见血地指出。为让K438G真正满足3D打印对粉末形貌及纯净度的严苛要求，项目组选择了等离子旋转电极制粉路线，并围绕制粉过程中可能影响粉末形貌的诸多因素展开持续攻坚。试验中，火光在炉腔划出弧线，电极棒高速旋转，熔滴飞溅成粉……看似短短几秒，却隐藏着无数次试错微调。“粉末是圆是扁，是粗是细，纯净度是否达标都需要我们一遍遍对照，一次次验证。”陈韩锋绝不允许合金粉末“精度+速度”的双翅折在团队手里。

人迹罕至的路注定难走，“捷径是不可能有的，搞科研有点挑战才‘对味’。”王欢欢作为项目组最年轻的技术员，眼里始终闪烁着渴望探索、求知向学的光。功夫不负有心人，依托高致密度电极棒优良基础，在日夜打磨中，制粉工艺最佳区间逐渐清晰，粉末质量也愈发稳定。数次推翻重来磨砺着所有人的心性，最终，高球形度，窄粒径分布，氧含量小于70ppm、氮含量小于5ppm，几乎无空心粉和卫星粉的K438G高品质合金粉末成功问世。

一开始，大家对这样的自研成果甚至感到一丝不真实，直到外检报告数据和客户试用好评纷至沓来，才消除了那些犹豫，“走了这么久，总算让自家技术站稳了脚”。

向着星辰与大海

如今，金川集团研发中心的K438G高温合金粉末已与3D打印技术完成“磨合”，成熟的旋转电极制粉及真空气雾化制粉（VIGA）制备工艺，让金川具备了300t/a产能和多牌号合金粉末研发、量产能力。

卢苏君和团队成员的目光并未局限于当下。“观念要倒过来，不要先说取得何种突破，要优先考虑今后如何继续成长，守好来之不易的领先水准。”他们深知，航空航天与高端制造的星辰大海中，还有太多未知等待被征服。

在卢苏君的规划里，团队接下来要朝两个方向发力。一方面，持续优化K438G性能。尽管目前已取得不错成效，但航空航天材料专为应对极端温度和复杂应力而生，性能需求只会愈发严苛，每一项指标提升都可能带来巨大变革，进一步提升合金高温强度、抗氧化及抗疲劳性能仍是一项长期课题。

另一方面，与3D打印技术“同频耦合”的K438G应用前景广阔。除了现有前沿制备技术与新型材料体系，卢苏君还把目光投向了“高智”行业——“今后如果能把AI顺利引入高温合金设计，其机器学习和遗传算法将极大助力我们对成分空间的探索，甚至实现性能模拟，加速实验进程。”卢苏君眼中那幅高温合金从“经验时代”迈入“智能时代”的画卷令人心驰神往。

看着还在整理数据的团队成员，卢苏君半开玩笑地问道：“如果再来一次，你们还愿意接这个项目吗？”潘多鹏抬起头：“愿意。”

这声“愿意”，源自科研人骨子里的信念——把不可能烧成灰，再锻成钢。

窗外灯光陆续熄灭，这群科创者心中的火焰正越烧越旺。

金川集团新闻中心全媒体记者　何智渊

（金川集团官方公众号）