近日，西北工業(yè)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院洪振宇教授課題組利用無(wú)容器處理技術(shù)在銅合金組織與性能調(diào)控領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，鈹銅合金熔體在深過(guò)冷凝固過(guò)程中可產(chǎn)生球形富鈹團(tuán)簇組織，該組織能大幅度提升合金的綜合性能。相關(guān)研究成果以“Overcoming the trade-off between conductivity and strength in copper alloys through undercooling”為題發(fā)表于國(guó)際高水平期刊《Nature Communications》。西北工業(yè)大學(xué)為唯一署名單位，在讀博士研究生張博文為第一作者，洪振宇教授為通訊作者。
隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，高新產(chǎn)業(yè)對(duì)高性能銅合金的需求日益迫切。目前，沉淀強(qiáng)化是制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的主要方法。然而，該方法仍存在突出的強(qiáng)度與導(dǎo)電性之間的矛盾，根本原因在于沉淀相的析出體積分?jǐn)?shù)存在上限，即合金基體中殘留溶質(zhì)含量較高從而導(dǎo)致電導(dǎo)率偏低。因此，如何在保持沉淀強(qiáng)化銅合金高強(qiáng)度性能的同時(shí)顯著提升其電導(dǎo)率，是材料領(lǐng)域一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題。
該課題組通過(guò)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)容器深過(guò)冷條件下，Cu-0.2Be-1.0Ni-0.2Co(wt.%)合金中可自發(fā)形成了大量的納米級(jí)球形富鈹團(tuán)簇組織，該組織可在常規(guī)固溶處理后留存，并在時(shí)效處理過(guò)程中獨(dú)立于常規(guī)γ′沉淀相長(zhǎng)大。最終，這些富鈹團(tuán)簇組織可大幅度降低銅基體中殘留的溶質(zhì)含量，提升電導(dǎo)率至80%IACS，比傳統(tǒng)方法制備的合金電導(dǎo)率提高30%，同時(shí)該組織能保持合金高強(qiáng)度性能不變。這一發(fā)現(xiàn)為克服沉淀強(qiáng)化合金的強(qiáng)度-導(dǎo)電性矛盾提供了一種新思路。
圖1Cu-0.2Be-1.0Ni-0.2Co(wt.%)合金在電磁感應(yīng)（EMI）和電磁懸浮（EML）條件下的電導(dǎo)率和顯微組織特征。(a)EML樣品電導(dǎo)率隨過(guò)冷度的變化，灰色虛線(xiàn)表示EMI樣品的電導(dǎo)率。(b)EMI-10樣品的HAADF-STEM圖像。(c)EML-200樣品的HAADF-STEM圖像，球形斑點(diǎn)（橙色箭頭）為富鈹團(tuán)簇組織。(d)圖c中藍(lán)框區(qū)域的放大原子圖像，內(nèi)嵌圖為團(tuán)簇內(nèi)外FFT圖。(e,f)EMI-10和EML-200樣品APT原子分布圖。
該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（U24A2034、U1904214、U24A20106）以及陜西省自然科學(xué)基金(2020JZ-08)的資助。
洪振宇教授作為我校材料科學(xué)與工程、物理學(xué)學(xué)科的骨干教師，在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目支持下，圍繞銅合金組織性能調(diào)控、聲懸浮操控技術(shù)，在空間材料科學(xué)領(lǐng)域開(kāi)展了大量前沿基礎(chǔ)研究工作，近年來(lái)在Nature Communications、Physical Review Letters、Materials Science & Engineering A、Materials & Design、Applied Physics Letters、Physical Review Applied等國(guó)際知名期刊發(fā)表論文60余篇，該工作為近期的代表性成果之一。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60346-8
（文字：洪振宇；圖片：洪振宇；審核：晁小榮）
