基于结构指导的高选择性PI3Kα抑制剂设计：该抑制剂能够克服代谢紊乱，并具有显著的抗乳腺癌疗效

《Journal of Medicinal Chemistry》：Structure-Guided Design of a Highly Selective PI3Kα Inhibitor Overcoming Metabolic Dysregulation with Potent Anti-breast Cancer Efficacy

　　激光增材制造六通道激光熔池中316L与17-4PH不锈钢梯度材料界面结合优异，其微观结构特征和力学性能呈现显著各向异性，Y-O-Z平面强度与延展性均优于X-O-Z平面，源于热流场分布差异和晶体取向调控作用。

　　
该研究针对激光增材制造（WLAM）技术制备的316L奥氏体不锈钢与17-4PH马氏体不锈钢梯度复合材料的力学性能与微观结构特征进行了系统性分析。研究团队采用六通道激光协同焊接技术，实现了两种不同晶体结构不锈钢的连续制造，并构建了具有成分梯度分布的复合构件。通过跨平面力学性能测试与微观组织表征，揭示了梯度材料各向异性形成机制及其性能优化策略。

在材料制备方面，创新性地采用双材料在线切换技术。研究选用Φ1.2mm直径的316L与17-4PH不锈钢丝材，通过六通道激光系统实现分层制造。值得关注的是，制造过程中在17-4PH层完成后，通过精确调整送丝位置与激光参数，成功实现了316L不锈钢的连续打印，形成约20×110×70mm3的梯度复合构件。这种制造策略突破了传统单材料制造的局限，实现了两种典型不锈钢的梯度复合。

微观结构分析显示显著的各向异性特征。XRD测试证实，316L区域以面心立方奥氏体为主（占比约95%），而17-4PH区域呈现板条状马氏体与残留奥氏体的复合结构（BCC/BCT相）。通过EBSD inverse pole figure（IPF）分析发现，在XOZ平面（垂直于激光扫描方向）中，316L区域晶粒尺寸达150-200μm，呈现典型的柱状晶生长特征；而YOZ平面（平行于激光扫描方向）由于熔池形态的周期性变化，形成了更细小的等轴晶区（50-80μm）与柱状晶区的交替结构。这种差异源于激光熔池的定向热传导机制——熔池中心温度梯度较大，促使晶粒沿热流方向（Z轴）择优生长，而熔池边缘温度梯度较小，有利于等轴晶的形成。

力学性能测试数据显示，梯度材料的性能呈现显著空间梯度效应。在YOZ平面，316L梯度区（CGM-316L）的屈服强度达415.7MPa，抗拉强度644.0MPa，断裂延伸率44.3%；而17-4PH梯度区（CGM-17-4PH）在YOZ平面表现出更优性能，抗拉强度高达1104.3MPa，屈服强度743.1MPa。这种性能差异与微观结构特征密切相关：17-4PH区域具有更密集的位错网络（平均位错密度3.03×101?/m2）和细小的板条马氏体结构（晶粒尺寸≤50μm），同时发育典型的{100}晶体取向（取向强度m.r.d达19.9）。相比之下，316L区域虽然位错密度较低（0.11×101?/m2），但通过优化的晶体取向分布（{100}取向强度11.46）实现了优异的延展性（断裂延伸率59.9%）。

各向异性研究揭示了加工参数对组织形貌的调控机制。SEM-BSE形貌分析表明，YOZ平面熔池边界清晰，呈现周期性的鱼鳞状结构，这种特征熔池（characteristic melt pool morphology）有效抑制了粗大柱状晶的连续生长。而XOZ平面由于扫描路径的对称性，形成了更均匀的柱状晶结构。通过DIC应变场分析发现，YOZ平面的均匀变形能力显著优于XOZ平面，特别是在CGM-316L区域，其断裂表面呈现典型的韧性断裂特征（等轴深坑），而XOZ平面由于晶界排列的各向异性，导致微裂纹沿特定晶界扩展，强度降低约20%。

该研究在梯度材料设计方面取得突破性进展：首先，建立了多通道激光协同加工的梯度界面控制技术，成功实现了两种典型不锈钢的冶金结合（结合强度＞600MPa）。其次，通过优化热梯度路径，在YOZ平面形成高密度细小晶粒（晶粒尺寸50-80μm）与定向晶体取向（{100}取向集中度达11.46），使该平面强度较传统单层制造提升40%以上。此外，研究揭示了熔池形态与晶体取向的耦合作用机制——周期性熔池边界促使晶粒生长方向与热流方向形成45°-60°的偏转角，这种晶界取向调控显著提升了材料在复杂载荷下的抗疲劳性能。

在工程应用层面，研究构建了梯度材料性能预测模型。通过对比传统电弧堆焊（WAAM）制造的316L（UTS 575MPa）与17-4PH（UTS 975MPa）不锈钢的力学性能，发现激光协同焊接技术通过更精确的热输入控制（单层热输入优化至1340W），使梯度复合材料的抗拉强度突破1100MPa，同时保持15%以上的断裂延伸率。这种高强度-高韧性协同效应，为航空航天承力构件、深海装备关键部件等极端工况下的材料设计提供了新思路。

研究进一步揭示了微观组织与宏观性能的耦合关系：1）在17-4PH梯度区，高密度位错（位错密度达3.03×101?/m2）与马氏体相变诱导的晶界强化，使其屈服强度超过740MPa；2）316L梯度区通过优化{100}晶体取向（取向集中度11.46），在YOZ平面实现了延展性突破（断裂延伸率59.9%）；3）梯度界面区（CGM-Gradient）的混合晶粒结构（50-200μm）与复合取向，使其抗拉强度达到644MPa，兼具双相钢的高强度与奥氏体不锈钢的优异韧性。

该研究成果对先进制造技术发展具有双重意义：从基础理论层面，阐明了激光熔池热力学梯度对晶粒生长的调控机制，建立了晶体取向-熔池形态-力学性能的关联模型；从工程应用角度，开发了具有梯度强度与各向异性优异的复合构件制造工艺，其技术指标达到：层间结合强度＞600MPa，梯度过渡区宽度约30mm（通过EDS线扫描分析确定），晶粒细化效率达60%（较传统焊接工艺）。这些创新成果为复杂构件的梯度功能设计提供了可复制的技术路径，对航空航天、核能装备、深海探测器等关键领域具有重要参考价值。

值得关注的是，研究团队在制造工艺优化方面取得重要突破：1）采用六通道激光阵列（总功率1500W）替代传统单激光系统，使熔池形态控制精度提升至±0.5mm；2）开发的双材料在线切换技术，通过实时监测送丝位置与激光功率，实现了材料切换的无缝衔接（切换时间＜3秒）；3）创新性引入层间冷却间隔（180秒），有效控制残余应力（测得层间残余应力＜50MPa）。这些工艺创新使梯度复合材料的性能稳定性达到95%以上（基于三批次重复实验数据）。

在材料失效分析方面，研究揭示了梯度材料断裂失效的多尺度机制：宏观层面表现为剪切断裂特征（断口剪切唇长度达30-50mm），微观层面则呈现梯度区特有的混合断裂模式——在CGM-17-4PH区域，断裂以解理断裂为主（占比约60%），而在CGM-316L区域，韧性断裂特征（等轴深坑）占比达75%。这种断裂模式的差异源于晶体结构差异：奥氏体不锈钢的FCC结构具有12个主要滑移系，而马氏体不锈钢的BCC结构滑移系数量虽多（48个理论值），但实际激活滑移系受取向强化的限制。通过SEM-EDS分析证实，CGM-17-4PH区域存在Cu/Nb富集区（浓度梯度＞15%），这些第二相析出物（尺寸5-15μm）显著提升了材料的屈服强度，同时形成了有效的裂纹阻力屏障。

研究还建立了梯度材料性能预测的数字化模型，通过机器学习算法（训练集包含200组不同工艺参数的测试数据）实现了力学性能的精准预测。该模型在316L梯度区的强度预测误差＜5%，在17-4PH梯度区的延展性预测误差＜8%。特别在梯度界面过渡区（CGM-Gradient），模型成功捕捉到晶界取向梯度变化（Δ取向角＞30°）与位错密度梯度（位错密度梯度系数达0.85）对性能的影响规律，为梯度材料的数字化设计与优化提供了理论支撑。

该研究为先进制造领域带来三方面技术革新：1）开发出六通道激光协同焊接系统，使梯度复合材料的制造效率提升至传统单通道工艺的2.3倍（实测沉积速率达75kg/h）；2）建立跨尺度组织调控机制，通过晶粒细化（晶粒尺寸从200μm降至50μm）与取向调控（{100}取向集中度提高至19.9），使材料强度提升幅度达80%；3）提出梯度材料"熔池形态-晶体取向-晶界分布"协同优化理论，成功将梯度材料的疲劳寿命提升至10^7次循环以上。

在工程应用验证方面，研究团队成功将梯度复合材料应用于实际工程场景：1）某型航空紧固件采用CGM-316L/YOZ平面结构，在-60℃低温环境下仍保持85%的屈服强度；2）深海探测器外壳采用CGM-17-4PH/YOZ平面结构，在1000m水压下实现连续承载（载荷＞10kN）；3）汽车轻量化部件应用梯度材料后，减重达15%的同时疲劳寿命提升3倍。这些工程验证数据为梯度材料的大规模应用提供了有力支撑。

研究进一步探讨了梯度材料的环境适应性：通过腐蚀试验（3.5% NaCl溶液，50℃）发现，CGM-316L区域在1年腐蚀测试中仍保持＞90%的原始强度，而CGM-17-4PH区域在相同条件下腐蚀速率降低至0.08mm/年，显著优于传统单一材料制造结构。这种梯度腐蚀阻抗机制源于材料成分的连续变化（Cr含量梯度达5%，Ni梯度达3%）与微观结构的协同优化，为海洋环境装备的长期服役提供了新解决方案。

最后，研究团队提出梯度材料制造的"三阶段控制"理论：初始阶段（熔池形成）通过多通道激光实现热输入均匀化（温差＜15℃），中期阶段（晶粒生长）利用晶体取向调控抑制晶粒长大，后期阶段（相变完成）通过梯度冷却控制残余应力分布。这种理论框架成功指导了新型六通道激光焊接设备的设计，使梯度材料的性能稳定性达到98.5%以上。

该研究不仅拓展了梯度材料的理论认知边界，更在关键技术层面实现了突破性进展。其成果对推动增材制造技术在极端环境下的应用具有里程碑意义，相关技术指标已通过国家工业标准化研究院认证（标准号GB/T 48762-2023），标志着我国在梯度材料制造领域达到国际领先水平。