用冷喷涂固态增材制造，铜材料强塑性获突破

既强又韧综合性能优异的金属材料，是结构材料领域贯穿始终的研究目标。但材料强塑性的同步提升，是极具挑战性的课题。近日，广东省科学院新材料研究所教授级高级工程师刘敏团队联合上海大学教授任忠鸣团队、爱尔兰都柏林圣三一大学教授殷硕团队、西安交通大学教授李文亚等团队，通过联合攻关，利用先进冷喷涂技术，在金属结构材料增材制造方面取得了突破性成果，可在原位固态增材制造过程中，实现传统纯铜材料的强塑性协同提升。

研究人员通过冷喷涂固态增材制造技术，在材料内部实现了完整的异质微纳梯度结构，获得了具有双峰晶粒特征的纯Cu块材，获得了优异的强度和延展性(抗拉强度271 MPa，断裂伸长率43.5%，均匀伸长率30%)，同时解决了传统冷喷涂脆性的局限问题，进一步提升了纯铜这一传统材料的强韧性。研究结果表明，冷喷涂固态增材制造纯Cu块体具有独特的异质微观结构，具有微米级和纳米级晶粒双峰分布的梯度晶粒结构。基于单碰撞颗粒的变形观察，整个铜粒子在高速碰撞沉积后形成梯度微纳晶粒结构。梯度晶粒结构的单个变形粒子作为一个微单元在冷喷涂的连续沉积过程中构建了具有双峰晶粒分布的异质微结构，可以通过控制晶粒细化和位错密度来实现协同强化和韧化。这项工作为冷喷涂固态增材制造技术在制备具有高强度和良好延展性、而无需额外后处理的各种金属部件提供了可能。

该项研究表明，在冷喷涂增材制造中可以实现平衡的强度和延展性。这种梯度晶粒结构与粗晶基体相比，具有高出十倍的屈服强度和相当的拉伸塑性，并且可以承受超过100%的真实拉伸应变而不会开裂。

(来源：中国科学报)