CuCrZr合金在增材製造領域的研究
CuCrZr是一種沉澱硬化銅合金，與大多數銅基合金相比，它在高溫下也具有較高的強度、高耐磨性和高抗回火性的特點，且具有良好的鑄造性、切削加工性、優異的力學性能和優良的熱導率，被廣氾應用於集成電路引線框架、高鐵接觸線、航空航天散熱部件、火箭發動機和核聚變反應堆燃燒室、等離子體部件的主要候選散熱器等。
傳統CuCrZr合金的生產主要採用鑄造法制備，隨着工業對複雜結構功能部件的需求，傳統製造工藝很難制備具有複雜結構的CuCrZr部件。增材製造技術具有設計自由度高、后處理複雜度低、生產幾何形狀自由度大等優點，已成為現代工業製造的主體技術，受到了人們的廣氾關注。以下是CuCrZr合金材料在增材製造領域的相關研究。
1、使用激光粉末床熔融技術製造CuCrZr合金
在增材製造技術中，激光粉末床熔融(LPBF)或稱為選擇性激光熔化(SLM)是一種有效的方法，能夠通過一個步驟為整體的不同部分構建複雜的空間結構，例如國際熱核實驗反應堆(ITER)部件、中壓斷路器和液體火箭發動機部件。LPBF使用激光束在選定區域熔化金屬粉末，因此LPBF工藝高度依賴於配備的大功率激光器。然而，純銅及銅合金易反射近紅外激光照射並顯著耗散激光能量，因此對銅合金進行LPBF工藝具有很高的挑戰性。
實驗人員在LPBF工藝中採用了短波長激光(515nm)，製成樣品的相對密度為98.07%，且表現出良好的力學性能，極限拉伸強度(UTS)為447±13MPa，屈服強度(YS)為400±11MPa，總斷裂伸長率(EL)為10±3%，維氏硬度為130±15HV，但電性能較差，為30±1%IACS（國際退火銅標準）。為提高樣品性能，后通過在500℃sheshidu下進行1h的直接時效處理，獲得了優異的力學性能（UTS=566±18MPa，YS=487±13MPa，EL=15±1%，維氏硬度=161±15HV），同時保持了良好的電導率（64±3%IACS）。
許多研究者對SLM成形的CuCrZr合金進行研究，包括工藝參數和熱處理對組織和性能的影響。Ma等通過優化工藝參數，通過SLM成形獲得了接近全緻密的CuCrZr試樣，發現其伸長率與強度相當的變形銅合金相比提高67.7%；Wallis等研究了熱處理對SLM成形的CuCrZr合金的組織、熱學和力學性能的影響，指出較高的時效處理溫度有利於獲得較高的熱導率。直接時效硬化處理后，由於析出相的形成，室溫極限拉伸強度從287MPa提高到466MPa，但延伸率有所下降；管某等研究了工藝參數和熱處理對SLM制備CuCrZr合金性能的影響，優化后相對密度可達97.65%，強度為267MPa，隨着時效處理溫度的升高，電導率增大，但強度的變化卻呈現相反的趨勢。也有實驗研究了不同掃描參數下SLM制備CuCrZr的組織和力學性能演變情況，通過優化掃描參數獲得了相對緻密度較高(99.5±0.3%)的CuCrZr試樣，並且與其他SLM制備的試樣相比，其強度為280±6 MPa，延展性 可達23.4±0.4%。
2、通過電子束熔化開發CuCrZr合金
電子束熔化（EBM)技術在加工銅合金時具有優勢，它避免了與銅基材料的高熱導率和反射率相關的問題，並採用在高真空下工作，防止其氧化。EBM增材製造在成形零件時始終使基體處於高溫狀態，這種特殊的熱處理過程類似于時效處理，成功原位生成了具有納米Cr相的CuCrZr合金。試件表現出優異的綜合性能，其中 伸長率、極限拉伸強度和電導率分別為32.1%、257.7MPa和70.6±1.4%IACS，實驗証明瞭通過EBM技術獲得幾乎完全緻密的CuCrZr合金部件（高達99.8%）的可行性。
3、電弧增材製造CuCrZr合金
在各種AM技術中，電弧增材製造(WAAM)是一種很有前途的直接能量沉積技術，它使用電弧作為熱源，以金屬絲為原材料，實現逐層沉積，具有沉積效率高、成本效益高、對環境影響小等優點，特別適合製造中大型金屬部件。有實驗採用WAAM技術成功制備了CuCrZr合金，並研究了不同熱處理工藝對合金組織、力學性能、電導率和熱導率的影響。結果顯示：使用固溶退火+時效硬化（SAAH）處理的試件Cr元素分布均勻，沒有粗大的Cr沉澱物，其極限抗拉強度為301±5MPa， 硬度為119.5±2.4HV，電導率為45.8±0.1MS/m，熱導率為309.2±2.0W/mK。這種優異的性能可以歸因于SAAH試樣中最小的晶格畸變和均勻細小的Cr沉澱的結合。
結 語
人們投入了大量精力，研究通過增材製造技術加工Cu合金的可行性，這些研究涉及生成高密度部件和優化材料性能，通過不斷調整技術參數，從而實現與傳統製造部件相比更優異的部件性能。到目前為止，大多數研究人員都集中研究了室溫下AM成型的CuCrZr合金的機械、電學和熱學性能。由於CuCrZr合金組件的環境極端，未來需要進行許多實驗研究，例如蠕變試驗、疲勞試驗、高溫熱和拉伸試驗等，使其滿足更多行業的實際應用。
傳統CuCrZr合金的生產主要採用鑄造法制備，隨着工業對複雜結構功能部件的需求，傳統製造工藝很難制備具有複雜結構的CuCrZr部件。增材製造技術具有設計自由度高、后處理複雜度低、生產幾何形狀自由度大等優點，已成為現代工業製造的主體技術，受到了人們的廣氾關注。以下是CuCrZr合金材料在增材製造領域的相關研究。
1、使用激光粉末床熔融技術製造CuCrZr合金
在增材製造技術中，激光粉末床熔融(LPBF)或稱為選擇性激光熔化(SLM)是一種有效的方法，能夠通過一個步驟為整體的不同部分構建複雜的空間結構，例如國際熱核實驗反應堆(ITER)部件、中壓斷路器和液體火箭發動機部件。LPBF使用激光束在選定區域熔化金屬粉末，因此LPBF工藝高度依賴於配備的大功率激光器。然而，純銅及銅合金易反射近紅外激光照射並顯著耗散激光能量，因此對銅合金進行LPBF工藝具有很高的挑戰性。
實驗人員在LPBF工藝中採用了短波長激光(515nm)，製成樣品的相對密度為98.07%，且表現出良好的力學性能，極限拉伸強度(UTS)為447±13MPa，屈服強度(YS)為400±11MPa，總斷裂伸長率(EL)為10±3%，維氏硬度為130±15HV，但電性能較差，為30±1%IACS（國際退火銅標準）。為提高樣品性能，后通過在500℃sheshidu下進行1h的直接時效處理，獲得了優異的力學性能（UTS=566±18MPa，YS=487±13MPa，EL=15±1%，維氏硬度=161±15HV），同時保持了良好的電導率（64±3%IACS）。
許多研究者對SLM成形的CuCrZr合金進行研究，包括工藝參數和熱處理對組織和性能的影響。Ma等通過優化工藝參數，通過SLM成形獲得了接近全緻密的CuCrZr試樣，發現其伸長率與強度相當的變形銅合金相比提高67.7%；Wallis等研究了熱處理對SLM成形的CuCrZr合金的組織、熱學和力學性能的影響，指出較高的時效處理溫度有利於獲得較高的熱導率。直接時效硬化處理后，由於析出相的形成，室溫極限拉伸強度從287MPa提高到466MPa，但延伸率有所下降；管某等研究了工藝參數和熱處理對SLM制備CuCrZr合金性能的影響，優化后相對密度可達97.65%，強度為267MPa，隨着時效處理溫度的升高，電導率增大，但強度的變化卻呈現相反的趨勢。也有實驗研究了不同掃描參數下SLM制備CuCrZr的組織和力學性能演變情況，通過優化掃描參數獲得了相對緻密度較高(99.5±0.3%)的CuCrZr試樣，並且與其他SLM制備的試樣相比，其強度為280±6 MPa，延展性 可達23.4±0.4%。
2、通過電子束熔化開發CuCrZr合金
電子束熔化（EBM)技術在加工銅合金時具有優勢，它避免了與銅基材料的高熱導率和反射率相關的問題，並採用在高真空下工作，防止其氧化。EBM增材製造在成形零件時始終使基體處於高溫狀態，這種特殊的熱處理過程類似于時效處理，成功原位生成了具有納米Cr相的CuCrZr合金。試件表現出優異的綜合性能，其中 伸長率、極限拉伸強度和電導率分別為32.1%、257.7MPa和70.6±1.4%IACS，實驗証明瞭通過EBM技術獲得幾乎完全緻密的CuCrZr合金部件（高達99.8%）的可行性。
3、電弧增材製造CuCrZr合金
在各種AM技術中，電弧增材製造(WAAM)是一種很有前途的直接能量沉積技術，它使用電弧作為熱源，以金屬絲為原材料，實現逐層沉積，具有沉積效率高、成本效益高、對環境影響小等優點，特別適合製造中大型金屬部件。有實驗採用WAAM技術成功制備了CuCrZr合金，並研究了不同熱處理工藝對合金組織、力學性能、電導率和熱導率的影響。結果顯示：使用固溶退火+時效硬化（SAAH）處理的試件Cr元素分布均勻，沒有粗大的Cr沉澱物，其極限抗拉強度為301±5MPa， 硬度為119.5±2.4HV，電導率為45.8±0.1MS/m，熱導率為309.2±2.0W/mK。這種優異的性能可以歸因于SAAH試樣中最小的晶格畸變和均勻細小的Cr沉澱的結合。
結 語
人們投入了大量精力，研究通過增材製造技術加工Cu合金的可行性，這些研究涉及生成高密度部件和優化材料性能，通過不斷調整技術參數，從而實現與傳統製造部件相比更優異的部件性能。到目前為止，大多數研究人員都集中研究了室溫下AM成型的CuCrZr合金的機械、電學和熱學性能。由於CuCrZr合金組件的環境極端，未來需要進行許多實驗研究，例如蠕變試驗、疲勞試驗、高溫熱和拉伸試驗等，使其滿足更多行業的實際應用。
