增材制造技術(shù)，尤其是電弧熔絲增材制造（Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM），因其高效率、低成本及成形尺寸靈活等優(yōu)點(diǎn)，在大型金屬構(gòu)件制造領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。對(duì)于鎂合金這類輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，傳統(tǒng)的WAAM工藝往往面臨晶粒粗大、力學(xué)性能（特別是塑韌性）不足的挑戰(zhàn)。針對(duì)這一關(guān)鍵問題，西安交通大學(xué)黃科課題組創(chuàng)新性地將超聲振動(dòng)場引入鎂合金的電弧熔絲增材制造過程，發(fā)展出超聲輔助電弧熔絲增材制造（Ultrasonic-assisted WAAM）新技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了鎂合金構(gòu)件強(qiáng)度與塑性的協(xié)同提升，為高性能鎂合金復(fù)雜構(gòu)件的直接成形提供了新思路。

該技術(shù)的核心在于利用高頻超聲能量對(duì)增材制造過程中的熔池及鄰近凝固區(qū)域施加影響。當(dāng)超聲波作用于熔融金屬時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲流效應(yīng)和空化效應(yīng)。聲流能夠顯著細(xì)化熔池內(nèi)的微觀組織，打碎枝晶，促進(jìn)成分均勻化；而空化效應(yīng)產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓和微射流，則能有效破碎初生相，增加形核質(zhì)點(diǎn)，從而顯著細(xì)化凝固組織。對(duì)于鎂合金而言，晶粒細(xì)化是同時(shí)提升其強(qiáng)度和塑性的最有效途徑之一。

黃科課題組的研究表明，在超聲場的輔助下，增材制造的鎂合金沉積層的晶粒尺寸得到了顯著細(xì)化，粗大的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚣?xì)小的等軸晶。這種微觀組織的優(yōu)化直接帶來了力學(xué)性能的飛躍：與未施加超聲的常規(guī)WAAM樣品相比，超聲輔助成形樣品的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均獲得顯著提高，其延伸率也得到了大幅改善，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的良好匹配，打破了傳統(tǒng)增材制造鎂合金“強(qiáng)則脆”的困局。

這一協(xié)同提升機(jī)制可歸因于多重因素的共同作用：細(xì)晶強(qiáng)化是強(qiáng)度提升的主要貢獻(xiàn)者；而均勻細(xì)小的等軸晶組織，在變形時(shí)能更有效地協(xié)調(diào)塑性應(yīng)變，延緩裂紋的萌生與擴(kuò)展，這是塑性得以改善的根本原因。超聲場還可能有助于減少氣孔、微裂紋等內(nèi)部缺陷，進(jìn)一步提升材料的致密性和完整性。

該研究成果不僅為高性能鎂合金增材制造開辟了新路徑，其“外場輔助”的思路也對(duì)其他難以加工的活性金屬或高合金材料的增材制造具有重要的借鑒意義。通過優(yōu)化超聲參數(shù)（如功率、頻率、作用方式）與電弧工藝參數(shù)的協(xié)同匹配，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)增材制造構(gòu)件微觀組織與性能的精準(zhǔn)調(diào)控，推動(dòng)超聲輔助電弧熔絲增材制造技術(shù)在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)葘?duì)輕量化高性能構(gòu)件有迫切需求的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。