用冷噴涂固態增材制造，銅材料強塑性獲突破

既強又韌綜合性能優異的金屬材料，是結構材料領域貫穿始終的研究目標。但材料強塑性的同步提升，是極具挑戰性的課題。近日，廣東省科學院新材料研究所教授級高級工程師劉敏團隊聯合上海大學教授任忠鳴團隊、愛爾蘭都柏林圣三一大學教授殷碩團隊、西安交通大學教授李文亞等團隊，通過聯合攻關，利用先進冷噴涂技術，在金屬結構材料增材制造方面取得了突破性成果，可在原位固態增材制造過程中，實現傳統純銅材料的強塑性協同提升。

研究人員通過冷噴涂固態增材制造技術，在材料內部實現了完整的異質微納梯度結構，獲得了具有雙峰晶粒特征的純Cu塊材，獲得了優異的強度和延展性(抗拉強度271 MPa，斷裂伸長率43.5%，均勻伸長率30%)，同時解決了傳統冷噴涂脆性的局限問題，進一步提升了純銅這一傳統材料的強韌性。研究結果表明，冷噴涂固態增材制造純Cu塊體具有獨特的異質微觀結構，具有微米級和納米級晶粒雙峰分布的梯度晶粒結構。基于單碰撞顆粒的變形觀察，整個銅粒子在高速碰撞沉積后形成梯度微納晶粒結構。梯度晶粒結構的單個變形粒子作為一個微單元在冷噴涂的連續沉積過程中構建了具有雙峰晶粒分布的異質微結構，可以通過控制晶粒細化和位錯密度來實現協同強化和韌化。這項工作為冷噴涂固態增材制造技術在制備具有高強度和良好延展性、而無需額外后處理的各種金屬部件提供了可能。

該項研究表明，在冷噴涂增材制造中可以實現平衡的強度和延展性。這種梯度晶粒結構與粗晶基體相比，具有高出十倍的屈服強度和相當的拉伸塑性，并且可以承受超過100%的真實拉伸應變而不會開裂。

(來源：中國科學報)