既強(qiáng)又韌綜合性能優(yōu)異的金屬材料，是結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域貫穿始終的研究目標(biāo)。但材料強(qiáng)塑性的同步提升，是極具挑戰(zhàn)性的課題。近日，廣東省科學(xué)院新材料研究所教授級(jí)高級(jí)工程師劉敏團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海大學(xué)教授任忠鳴團(tuán)隊(duì)、愛(ài)爾蘭都柏林圣三一大學(xué)教授殷碩團(tuán)隊(duì)、西安交通大學(xué)教授李文亞等團(tuán)隊(duì)，通過(guò)聯(lián)合攻關(guān)，利用先進(jìn)冷噴涂技術(shù)，在金屬結(jié)構(gòu)材料增材制造方面取得了突破性成果，可在原位固態(tài)增材制造過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)純銅材料的強(qiáng)塑性協(xié)同提升。

研究人員通過(guò)冷噴涂固態(tài)增材制造技術(shù)，在材料內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了完整的異質(zhì)微納梯度結(jié)構(gòu)，獲得了具有雙峰晶粒特征的純Cu塊材，獲得了優(yōu)異的強(qiáng)度和延展性(抗拉強(qiáng)度271 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率43.5%，均勻伸長(zhǎng)率30%)，同時(shí)解決了傳統(tǒng)冷噴涂脆性的局限問(wèn)題，進(jìn)一步提升了純銅這一傳統(tǒng)材料的強(qiáng)韌性。研究結(jié)果表明，冷噴涂固態(tài)增材制造純Cu塊體具有獨(dú)特的異質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，具有微米級(jí)和納米級(jí)晶粒雙峰分布的梯度晶粒結(jié)構(gòu)。基于單碰撞顆粒的變形觀察，整個(gè)銅粒子在高速碰撞沉積后形成梯度微納晶粒結(jié)構(gòu)。梯度晶粒結(jié)構(gòu)的單個(gè)變形粒子作為一個(gè)微單元在冷噴涂的連續(xù)沉積過(guò)程中構(gòu)建了具有雙峰晶粒分布的異質(zhì)微結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)控制晶粒細(xì)化和位錯(cuò)密度來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同強(qiáng)化和韌化。這項(xiàng)工作為冷噴涂固態(tài)增材制造技術(shù)在制備具有高強(qiáng)度和良好延展性、而無(wú)需額外后處理的各種金屬部件提供了可能。

該項(xiàng)研究表明，在冷噴涂增材制造中可以實(shí)現(xiàn)平衡的強(qiáng)度和延展性。這種梯度晶粒結(jié)構(gòu)與粗晶基體相比，具有高出十倍的屈服強(qiáng)度和相當(dāng)?shù)睦焖苄裕⑶铱梢猿惺艹^(guò)100%的真實(shí)拉伸應(yīng)變而不會(huì)開(kāi)裂。

(來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào))