銅錫合金激光選區(qū)熔化非平衡凝固組織與性能

李小璇，王曾潔，賀定勇，劉 軒，薛濟(jì)來

1) 北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部，北京 100124 2) 北京市生態(tài)環(huán)境材料及其評價工程技術(shù)研究中心，北京 100124 3) 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083

銅合金一直具有廣泛的工程應(yīng)用，近年來又作為一類重要的新興增材制造原材料而備受國內(nèi)外關(guān)注[1-7]. 選用激光選區(qū)熔化（Selective laser melting,SLM）增材技術(shù)制備的銅合金產(chǎn)品，收縮系數(shù)小，機(jī)械性能、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、焊接性、耐蝕性等均十分優(yōu)異，能夠滿足航天航空、新一代通訊網(wǎng)絡(luò)、高速軌道交通等對復(fù)雜形狀關(guān)鍵部件的工程需求[8-11].

文獻(xiàn)中對銅錫合金基本體系的組織性能報道較多，但SLM成形合金凝固組織特征及對性能的影響規(guī)律與傳統(tǒng)熔鑄態(tài)有所不同. 銅錫合金結(jié)晶溫度范圍較寬、成分間隔大，鑄態(tài)組織中晶粒粗大，存在枝晶偏析與宏觀反偏析，強(qiáng)度與塑性較低[12].而SLM成形時合金粉末在高能激光作用下熔化形成獨特微小液相熔池并經(jīng)歷快速冷凝與重熔交變過程，熔池內(nèi)溫度梯度極高，熔體凝固組織與相變過程復(fù)雜[13]. 相關(guān)研究表明錫、銅原子尺寸相差較大，原子間擴(kuò)散速度慢，且銅與錫易有序化形成超點陣結(jié)構(gòu)合金相[14-18]，因而合金發(fā)生相轉(zhuǎn)變時可能形成若干亞穩(wěn)相并與平衡相共存[19]. 然而，以往相關(guān)文獻(xiàn)中對合金SLM成形時可能涉及的非平衡相轉(zhuǎn)變關(guān)注甚少，對成形合金非平衡凝固組織特征及其對性能的影響作用研究不足. 而在銅錫體系基礎(chǔ)上創(chuàng)新開發(fā)適應(yīng)SLM成形制備的……