Nature子刊：华南理工提出3D打印材料过早失效机制，实现材料高强韧
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Nature子刊《NPG Asia Materials》封面文章
华南理工大学王智教授与其合作者采用SLM技术，以Ag-Cu-Ge为研究对象探讨了材料过早失效的机理，明确指出高密度结构缺陷和孔洞、未熔化颗粒以及微裂纹等是增材制造金属材料发生过早失效的根本原因，裂纹在孔洞和未熔化颗粒处萌生并沿内部结构缺陷扩展直接导致了材料失效。
与此同时，本文研究人员通过SLM技术制造的试样，改变了纳米胞状组织的界面连续析出脆性相，得到了有规律排列的不连续析出相，使材料最终达到了410±3 MPa的超高强度，同时具有16±0.5％的均匀伸长率，超过了铸件和退火件的强度-韧性组合。
SLM和铸造Ag-Cu-Ge合金的力学性能比较
在机理方面，研究人员同样给出了详细的解释。采用SLM制造的金属材料的高强度是由于其内部的高密度位错、层错/孪晶、析出相和晶界对位错滑移的阻碍作用造成的。SLM试样具有较高的加工硬化率，可归因于多种变形机制的共同作用，这对于获得较高的均匀延伸率至关重要。在变形初始阶段，高应变硬化速率主要是由位错的大量积累引起的；在变形后期，大量形变孪晶的产生造成动态“霍尔-佩奇(Hall-Petch)”效应，进一步形成高应变硬化率。此外该研究指出，胞状组织中与银基体呈半共格关系的规律排列的不连续析出相可有效阻碍位错运动并提高强度，同时析出相变形过程中可产生孪晶，有利于缓解局部应力集中，避免裂纹萌生扩展，从而提高塑性。
SLM制造的Ag-Cu-Ge合金的典型组织
在实际生产上，可以通过两种途径来减轻材料过早失效情况的发生：一是减少外部缺陷，抑制裂纹萌生，可通过仔细清洗成形腔室，调控气体流量，采用优化的工艺参数以及使用无任何表面吸附气体的金属粉末打印来实现；二是减少内部缺陷，如热处理减少残余储存的位错，调控微观组织、优化裂纹扩展路径等来实现。
注：本文受作者支持，研究原文已上传QQ群。
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