难互溶钢铜多资料激光粉末床熔融增材制作

  传统的钢-铜多资料 组件制作包含以下过程：焊接、热轧和复合铸造。但是，多资料AM-增材制作技能能在优化的工艺条件下一步出产出机械功能得到必定的改进的钢/铜多资料组件，例如：316 L/CuSn10 不锈钢铜合金组件。

  发电、空调、热交换器和压铸工业等范畴，研制铜铁合金具有极端严重的实践含义，因其兼具铜的优异导热/导电性和316L的高强度与高韧性。但是，将Cu合金与钢混合存在应战。

  首要，因为铜合金和钢的热膨胀系数(CTEs)差异大，导致在铜合金-不锈钢界面处发生很多失配应变和剩余应力，可能会导致开裂。其次，这两种合金在固态和液态下是互不相溶的，然后需侧重重视其界面结构完整性。第三，调查在冷却两种合金的熔融混合物时发现，钢先凝结导致液态铜合金进入其晶界。在凝结过程中，铜合金发生缩短，导致资料发生液化裂纹。因而，传统的加工办法如铸造等，无法成功混合铜-钢合金。已有学者经过激光粉末床熔融（LPBF）技能将Cu和Fe混合为纯金属混合物或合金方式，但仍存在重要问题。到现在，根据熔炼、形变、粉末冶金等铜铁合金制备办法没有完成纳米级铁颗粒的弥散散布操控。

  为了处理这一问题，北京科技大学张百成团队研讨了激光粉末床熔融（LPBF）制备的Cu10Sn-SS316L（青铜-奥氏体316L不锈钢）成分梯度合金的显微安排和力学功能。经过试验挑选，发现在80%Cu10Sn-20%SS316L的成分配比下，堆积部件具有远高于两种原资料的力学功能（UTS800 MPa，EL9%）。经过试验调查与模仿研讨，在LPBF微观熔池中，在马尔戈尼效应以及熔池结尾声波效果下，双液相被进一步涣散均匀化。一起，在超快冷速（106~107K/s）的条件下，富铜液相发生了纳米标准下的旋节分化，终究形成了弥散散布在铜基体中的纳米级BCC相球形铁颗粒结构，这种纳米结构在资料形变过程中起到钉扎效果，来提升了力学功能。这一发现为高能束增材制作资料规划与功能优化供给了一条簇新的思路。

  图3.增材制作办法和传统工艺出产的Cu-Fe合金极限抗拉强度和伸长率比较。