钢/铜双金属结构因其独特的异质材料协同效应备受关注，通过耦合铜合金优异热导率与导电性以及不锈钢的高强度，在电力、汽车工业、生物医疗等领域展现出广泛的应用价值。然而，采用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备此类异质结构时，受限于Fe-Cu二元体系液态时极低互溶度及Fe和Cu物理性质差异，常导致界面出现元素偏析和液化裂纹现象。
针对这一技术瓶颈，广东省科学院智能制造研究所先进激光与增材制造技术研究中心系统研究了不同退火条件对LPBF成形316L/CuSn10双金属界面组织演化的影响。研究发现，在适当热处理工艺下，界面呈现显著的双重强化特征：其一，Fe-Cu元素相互扩散促使均匀化，有效缓解热应力集中；其二，Fe侧熔合区边界通过再结晶形成"细晶嵌入粗晶"，实现微区机械互锁。力学性能分析表明，经优化退火处理后，Fe-Cu界面结合强度较原始态提高28%，且断后伸长率仍保持较高水平。该研究揭示了退火工艺下LPBF成形铜/钢双金属界面组织与力学性能的关联机制，为异种金属增材制造界面强化提供了一种简单有效的解决方案。
图 激光粉末床熔融铜/钢异质结构退火研究：（a）打印策略及工艺；（b）异质界面区XRD分析；（c）退火前后异质界面EBSD分析；（d）不同退火条件硬度变化及拉伸性能
相关研究成果发表于中科院二区TOP 期刊Journal of Materials Research and Technology-JMR&T（材料科学），广东省科学院智能制造研究所陈杰博士为第一作者。
论文信息：Jie Chen, Guijun Bi, Dake Zhao, Di Wang, Mingkang Zhang, Yunmian Xiao. Subsequent enhancement of mechanical properties using heat treatment of steel/copper bimetallic structures manufactured by laser powder bed fusion, Journal of Materials Research and Technology, Volume 33, November–December 2024, Pages 8944-8957.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.11.213
先进激光与增材制造技术研究中心、科技业务部
2025年2月26日
