激光增材制造铜铬锆合金研究进展:成形行为、微观组织和综合性能(特邀)

铜铬锆(CuCrZr)作为沉淀硬化合金,以其良好的耐热性、耐腐蚀性以及优异的力学、电学和热学性能而被广泛应用于航空航天、核能化工等领域。然而,CuCrZr是当前激光增材制造(LAM)难成形材料之一,相关研究报道还很有限。本文综述了近年来激光粉末床熔融(L-PBF)制备CuCrZr合金的研究进展,重点探究了绿激光与近红外激光对成形质量的影响规律,分析了热处理及构建方向与微观组织、力学性能的内在联系,并研究了热处理对于电学、热学性能的强化机制。近红外激光制备样品的致密度波动范围大(95.5%~99.9%),绿激光制备样品的整体致密度较低但波动范围较小(96.5%~98.5%),工艺参数仍有优化空间。合金的微观组织和综合性能都存在各向异性,即沿水平方向的晶粒细小,沿垂直方向的晶粒为柱状晶粒。固溶处理会使合金的熔池边界消失并改变晶粒形态,时效处理导致合金产生沉淀并改变晶粒取向。500℃左右处理1~2 h的直接时效处理对力学性能的提升最大,时效处理通过降低位错密度、减少热残余应力和促进沉淀物的形成,显著增强了合金的力学性能。对电学、热学性能提升最大的热处理条件为950~1000℃的固溶退火处理1 h+500℃左右的时效硬化处理1~3 h,这是因为固溶退火+时效硬化处理降低了位错密度和残余应力,并产生了有益的沉淀物。本文总结了L-PBF制备CuCrZr合金的成形行为、微观组织和综合性能的研究进展,并对其研究前景和发展方向进行了展望。

激光粉末床熔融增材制造高导热银-铜异种金属界面的微观组织和显微硬度研究

银和铜由于其优异的高导电和导热(HETC)特性,被广泛应用于智能电子、可穿戴设备、医疗等关键领域。激光粉末床熔融(LPBF)技术是一种高精度制造异种金属部件的创新技术,拓展了银-铜在新兴高科技领域的应用。本研究采用LPBF技术成功制备无宏观缺陷的Ag7.5Cu/Cu10Sn/Ag7.5Cu银-铜异种金属样件,探究了Ag7.5Cu/Cu10Sn(A/C)和Cu10Sn/Ag7.5Cu(C/A)界面的微观组织对显微硬度的影响。研究发现,高导热基底增强了A/C和C/A界面结合区的熔池流动,减少了孔隙与裂纹缺陷,提高了界面结合强度。界面结合区的梯度晶粒阻碍了微裂纹的扩展,有利于减少裂纹缺陷,晶粒的各向同性使两个界面都具有良好的宏观力学性能。A/C界面更强烈的马兰戈尼对流形成了更宽的结合区,促进了元素的广泛迁移,减少了宏观偏析,使结合区的平均硬度(183.34HV)高于C/A界面的(134.27HV)。本研究为LPBF制备HETC异种金属提供了理论指导和工艺参考。

激光选区熔化增材制造中金属蒸气与飞溅相互作用研究

金属蒸气、飞溅和熔池是激光选区熔化(SLM)增材制造过程中的重要物理现象,与成形质量关联密切。本文基于高时空分辨原位成像系统,研究了SLM成形过程中金属蒸气与飞溅的相互作用。实验发现:金属蒸气不仅可以间接作用于粉末颗粒,即通过卷吸作用诱导的惰性卷吸气流形成粉末飞溅,还可以直接作用于粉末颗粒,即通过抬升力或反冲力使粉末颗粒进入蒸气羽流或落回粉床。得到了从熔池“液基”出射的熔滴飞溅以及从基板“固基”出射的粉末飞溅的速度阈值。将SLM成形过程中的飞溅作为示踪粒子,原位测量获得了蒸气反冲压。研究蒸气反冲力作用下金属蒸气与飞溅的“气-固”相互作用,为深入理解金属蒸气与熔池的“气-液”相互作用等现象奠定了基础。