镍钛（NiTi）合金因其形状记忆效应与超弹性特性，被广泛应用于血管支架、航空航天驱动器、正畸托槽等高端领域。然而，传统制备工艺长期受限于“强韧失衡”难题——铸造与粉末冶金易导致Ti氧化、Ni挥发，形成脆性Ti2Ni/NiTi₂相，使得合金伸长率常低于5%。这不仅制约了其结构复杂化，也影响了其在生物及智能器件中的应用潜力。
华南师范大学郭亮教授、张庆茂教授团队联合广州瑞通增材科技有限公司（简称“瑞通增材”），以选择性激光熔化（SLM）技术为核心，围绕NiTi合金的“强韧平衡”与“塑性优化”难题展开系统研究。
依托瑞通增材自主研发的 Riton D150 SLM设备，团队在纯NiTi合金与Cu强化NiTi合金领域取得突破性成果：
两篇论文分别发表于国际权威期刊《Journal of Materials Research and Technology》与《Materials Today Communications》，标志着国产SLM设备在功能合金研究领域实现新突破。
《 Materials Today Communications 》
为避免添加合金元素影响生物相容性，团队聚焦SLM技术的“激光功率-扫描速度”核心参数组合，在Riton D150设备上开展系统研究，通过15组工艺参数对比与热-流耦合模拟，锁定纯NiTi合金的“黄金工艺窗口”：
激光功率130 W + 扫描速度1000 mm/s（能量密度46.44 J/mm3）。
Fig. 3. The density of the sample.
该参数下的纯NiTi合金性能实现显著突破：
① 致密化水平：相对密度达99.75%，孔隙率可忽略；
② 力学性能：拉伸强度 549MPa（较常规锻造 NiTi 提升 22%），伸长率 6.39%（为同类 SLM 制备 NiTi 合金的 1.5 倍），弹性模量 21.04 GPa，显微硬度 316-321 HV，同步满足强度与塑性需求；
③ 微观组织：EBSD结果显示平均晶粒尺寸19.03–27.44 μm，大角度晶界比例约41%；TEM揭示高密度位错与均匀分布的NiTi₂纳米析出相（半径50 nm），通过“晶粒细化–位错强化–析出强化–织构调控”实现强韧协同。
Fig. 10. Inverse Pole Figure (IPF) of NiTi alloy; (a), (b) X–Y, X-Z IPF of sample 3#; (c), (d) X–Y, X-Z IPF of sample 9#; (e), (f) X–Y, X-Z IPF of sample 14#.
Fig. 13. TEM of 9# NiTi alloy.
Riton D150设备在此次研究中发挥了核心作用，其稳定的工艺性能与人性化设计为科研实验提供了可靠保障。除科研级的能量控制与气氛保护外，D150还具备多项工程化创新设计，使其在高校实验室与科研院所环境中更具适配性与效率优势：
1. 紧凑设计适配科研场地，小空间里提效率
Riton D150占地面积小的特点，完美适配高校实验室、科研院所常见的场地局限，无需额外开辟大型设备区域即可稳定运行；同时成型仓空间小，搭配 “真空抽排+高纯度氩气保护”系统，打印前无需长时间等待充气，即可将氧含量控制在≤1000 ppm，大幅缩短单组实验预处理时间 ——15组参数测试原本需3天完成，借助设备优势压缩至2天内，加速工艺迭代进程。
2. 高效铺粉+免调平，精度与速度双在线
设备铺粉行程短的设计，使打印效率相比同类设备至少提高 30%，在15组样块制备中，铺粉均匀性无偏差，避免因局部铺粉不均导致的性能波动；更关键的是，其打印底板采用磁吸固定方式，无需工作人员手动调平，彻底消除人为误差对层厚精度的影响，确保每一组参数对应的样块层间误差＜1%，为“工艺参数—性能响应” 关联分析提供精准数据支撑。
3. 隔离设计保寿命，长期稳定助研发
科研实验需多次重复打印验证重复性，Riton D150采用光路及电路部分与粉末成型部分完全隔离的设计，可有效避免 NiTi 粉末（易氧化、易粘连）对核心部件的污染与磨损——设备连续打印15组样块期间，光路能量与电路系统均保持稳定，无衰减或故障，确保“130 W+1000 mm/s”最优参数的可复现性，为微观机制分析与性能验证提供稳定硬件保障。
Riton D150在科研中实现了高效率、高一致性、高可靠性的完美平衡，为纯NiTi强韧平衡的实现提供了关键支撑。
瑞通增材 D150
针对生物医学支架“反复变形”、柔性机器人关节“大角度弯曲”的高塑性需求，团队进一步探索Cu元素在NiTi合金中的改性机制。瑞通增材团队深度参与并牵头完成从成分设计、工艺优化到机制解析的核心研发环节。
成分设计
基于Quantum Espresso 7.2软件进行第一性原理计算，锁定5 at.% Cu为最优添加比例——此时泊松比达0.226，弹塑性表现最佳。
工艺优化
借助D150在纯NiTi研究中积累的能量–熔池数据，制定针对性SLM参数：激光功率90 W、扫描速度600 mm/s，并优化氩气保护流程以降低氧化风险。
机制解析
TEM表征显示Cu能抑制脆性NiTi₂相生成，同时诱导B19’马氏体相与孪晶形成，提升塑性与超弹性。
Fig. 5. TEM images of NiTi and NiTiCu alloys. (a–f) NiTi alloy: (a–c) Interfaces with varying contrast; (c) Dislocation lines; (d) Precipitates near interfaces; (e) HRTEM image of lattice fringes; (f) SAED and lattice analysis of the interface region; (g–l) NiTiCu alloy: (g–h) Interfaces with high dislocation density in B19′ martensite; (i–j) Twinned or modulated structures; (k) Precipitates at interfaces; (l) HRTEM and FFT confirming nanoscale precipitates.
最终结果显示：
伸长率由10.88%提升至17.64%（增幅62%），相变滞后从42.04 ℃降至27.51 ℃，室温即可稳定响应，完全满足柔性与医疗应用需求。
Fig. 6. (a) Density of NiTi and NiTiCu; (b) Stress-Strain Curves of NiTi and NiTiCu.
两项研究成果的取得，不仅系统破解了NiTi合金在‘强韧平衡’与‘塑性提升’方面的核心难题，更凸显瑞通增材在材料创新领域的双重价值：既以Riton D150设备提供高精度硬件支撑，保障纯NiTi合金实验的稳定推进；又凭借技术积累牵头完成Cu增强NiTi的核心研发，加速科研成果向实际应用转化。
未来，瑞通增材将持续迭代SLM设备性能，深化功能合金制备技术储备，助力更多科研团队突破材料性能边界，推动“中国造”高性能NiTi合金在生物医学、航空航天等领域实现更广泛的产业化应用。
【研究溯源】
1.纯NiTi合金研究：《Investigation of texture evolution and multi-mechanism strengthening in NiTi alloy produced via selective laser melting》，发表于《Journal of Materials Research and Technology》39(2025) 1960-1976，实验设备为瑞通增材Riton D150 SLM系统；
2. Cu增强NiTi合金研究：《Cu-enhanced NiTi alloys: Microstructure, phase transformation, and mechanical performance》，发表于《Materials Today Communications》49(2025) 113897，瑞通增材牵头核心研发环节。
