供稿人:曹福升、魯中良 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-04-11
不銹鋼–銅合金雙金屬結(jié)構(gòu)因其能夠?qū)摰淖吭綑C(jī)械性能與銅的優(yōu)異導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性相結(jié)合而備受關(guān)注。因此，它們?cè)谄?、然氣管道、電子、航空等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于其物理和化學(xué)性質(zhì)的固有差異，創(chuàng)建高強(qiáng)度雙金屬界面被證明是具有挑戰(zhàn)性的。
華中科技大學(xué)史玉升教授團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域取得了一定的技術(shù)突破，該團(tuán)隊(duì)提出了一種雙金屬界面的異質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)兩種激光掃描策略的界面強(qiáng)度：X掃描策略（沿一個(gè)軸的單向掃描）和Rot掃描策略（每層旋轉(zhuǎn)67°的單向掃描）（如圖1a所示）。
圖1（a）由L-PBF形成的A組和B組部件。插圖顯示了應(yīng)用的激光掃描策略;（b）力學(xué)測(cè)試尺寸示意圖：（b1）I.型拉伸試樣，（b2）II.型拉伸試樣，（b3）簡(jiǎn)支梁沖擊試樣，（b4）剪切試驗(yàn)試樣;（c-e）分別為A組和B組的拉伸、簡(jiǎn)支梁沖擊和剪切試驗(yàn)樣品。
圖 2 顯示了從兩組竣工樣品的 X-Z 平面（圖 1a）獲取的熔池特性和微觀結(jié)構(gòu)。對(duì)于兩組樣品，在316 L和CuSn10基質(zhì)的側(cè)視圖中隨機(jī)分布重復(fù)的尖狀圖案（圖2 a，c，d和f）。這種隨機(jī)模式歸因于每個(gè)后續(xù)層在掃描方向上旋轉(zhuǎn)67°，以及深層熔池在不同深度滲透到前一層。在較高放大倍率下觀察到幾種不同方向的柱狀樹突。指向熔池中心的方向表明熔池邊界附近有外延生長(zhǎng)的趨勢(shì)（圖3 h和3k），這歸因于流向熔池中心的熱流。
圖2 樣品的微觀結(jié)構(gòu)特征。（a）-（c） A組樣品中316 L基體、界面面積和CuSn10基體的熔池特性;（d）-（f） B族樣品中316 L基體、界面面積和CuSn10基體的熔池特性;（g-l）選定區(qū)域的高倍率SEM
316 L、CuSn10 和兩組樣品的拉伸應(yīng)變曲線如圖 3 所示。316 L和CuSn10的極限抗拉強(qiáng)度（UTS）分別達(dá)到633 ± 20 MPa（圖3a）和405 ± 15 MPa（圖3b）。I型拉伸試驗(yàn)中A組和B組樣品的UTS分別達(dá)到450 ± 12 MPa（圖3c）和413 ± 20 MPa（圖3d）。如圖3 c和圖3 d的插圖所示，斷裂位于CuSn10一側(cè)，表明兩組樣品的界面強(qiáng)度都高于CuSn10。II.型拉伸試驗(yàn)中A組和B組樣品的UTS分別為583 ± 24 MPa和498 ± 32 MPa。由于II.型拉伸試驗(yàn)樣品的界面區(qū)域減弱，界面附近發(fā)生斷裂（圖3c和3d），UTS值近似等于界面強(qiáng)度。拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，A組樣品采用的X掃描策略可以提高界面的拉伸強(qiáng)度。
圖3 （a）和（b）分別是PBF-ed 316 L和CuSn10的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（c）和（d）I型拉伸試樣的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線分別分為兩組。（e）和（f）II.型拉伸試樣的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分別分為兩組。
最后，該團(tuán)隊(duì)對(duì)不銹鋼銅雙金屬界面形成機(jī)理進(jìn)行了分析，激光單向掃描對(duì)于雙金屬界面強(qiáng)度更有利。研究結(jié)果可為L(zhǎng)-PBF雙金屬部件設(shè)計(jì)提供參考，為異種材料之間的界面增強(qiáng)提供指導(dǎo)。