本文探討了用激光粉末層熔合（LPBF）生產(chan) 出優(you) 質銅合金的過程及缺點。

Glenn Research Copper 84（GRCop-84）的激光粉末層熔合（LPBF）是一種Cr2Nb（8 at.%Cr，4 at.%Nb）沉澱硬化合金，可生產(chan) 出屈服強度為(wei) 500 MPa、極限抗拉強度（UTS）為(wei) 740 MPa的全致密高導電合金，優(you) 於(yu) 其他競爭(zheng) 銅合金，垂直於(yu) 成型方向受力的材料的斷裂伸長率為(wei) 20%。銅基體(ti) 中Cr2Nb沉澱的高熱穩定性降低了粗化，對於(yu) 垂直於(yu) 構建方向施加應力的樣本並在900°C、5小時熱處理後保持300 MPa的屈服強度、520 MPa的UTS和26%的伸長率，而在3小時450°C熱處理後，屈服強度增加到810 MPa，UTS增加到970 MPa，斷裂伸長率增加到9%。基於(yu) 印刷方向的拉伸強度各向異性歸因於(yu) 內(nei) 應力和柱狀晶粒的形成。拉伸斷裂過程中的空洞形核是由銅基體(ti) 中析出顆粒的脆性斷裂引起的。

通過TTT試驗(Kusaka等人， 2012)研究了Zanchor複合材料的全厚度拉伸斷裂行為(wei) ，如下圖所示。TTT試樣與(yu) DCB試樣在相同的複合材料板上加工。將0.6 mm厚度的單向CFRP板粘貼在試件的兩(liang) 麵。標本外形尺寸為(wei) 10 × 10 × 3.6 mm3。用金剛石薄鋸在試件的中間平麵上小心地引入寬度為(wei) 0.1 mm、路徑半徑為(wei) 0.05 mm的u形切口。無切口區域大小為(wei) 5 × 5 mm2。試件用雙組份環氧膠粘劑粘結到加載夾具上，如圖所示。采用螺杆驅動試驗機，以位移速率dδ/dt = 0.1 mm/min進行TTT試驗。

全厚度拉伸試樣。（a）樣本。（b）固定裝置。

1. 介紹

Glenn Research Copper 84 (GRCop-84)，一種铌鉻(Cr2Nb)8 at. % Cr, 4 at. % Nb 沉澱硬化合金，已經顯示出適合的增材製造(AM)激光粉末床熔合(LPBF)，也被稱為(wei) 選擇性激光熔化(SLM)。高導熱性和與(yu) Nd:YAG的激光耦合不良以及1030-1080 nm波長範圍的光纖激光器給傳(chuan) 統銅合金的AM帶來了挑戰，如無氧銅(C10100)、CuCrZr (C18150)、GlidCop (C15715)。這些特性通常會(hui) 導致塊體(ti) 材料的表麵質量差和亞(ya) 單位密度降低熱和機械性能，需要熱等靜壓(HIPing)。

結果表明，14vol % Cr2Nb在低溫條件下提高了對近紅外激光的吸收，從(cong) 而提高了材料的密度和表麵粗糙度。GRCop-84打印密度超過99.9%，表麵粗糙度Ra=3–4μm；相比之下，LPBF純銅達到Ra=18–30μm，密度為(wei) 95%，CuCrZr達到Ra=10–16μm，密度為(wei) 99.8%。印刷GRCop-84中的最小內(nei) 部空隙消除了印刷後熱等靜壓，防止高溫暴露使沉澱變粗，允許熱處理的靈活性來選擇所需的機械性能。高抗拉強度和在高溫下穩定的沉澱結構，可用於(yu) 需要高強度和耐高溫的應用，如火箭發動機燃燒室和聚變反應堆組件。

銅基體(ti) 中Cr2Nb沉澱物的高溫穩定性和抗粗化性能使GRCop-84在高溫下具有優(you) 異的性能。與(yu) 無氧銅（OFC）相比，在高達650°C的溫度下，通過形成耐用的Nb0，空氣中的抗氧化性提高了一個(ge) 數量級。LPBF GRCop-84的導熱係數為(wei) 260 W/m K ~ 300 W/m K (OFC的75% ~ 84%)，電阻率為(wei) 2.5μΩ cm (OFC的140%)，在印刷狀態下的典型屈服強度為(wei) 470 MPa, UTS為(wei) 710 MPa。在印刷條件下，延伸率隨印刷方向的變化範圍為(wei) 20 ~ 25%。900°C熱處理5 h後，塑性提高，延伸率提高到26-37%。

抗氧化性是電廠用合金的一項重要性能。它可以用計算熱機械來定性地評價(jia) 。Tan和同事通過模擬在超臨(lin) 界水中不同氧化學勢下形成的氧化物相，評估了FM鋼、奧氏體(ti) 不鏽鋼和鎳基高溫合金中形成的氧化鱗片的微觀組織。計算結果與(yu) 實驗觀測標度的布局一致。下圖顯示了一個(ge) 使用計算熱機械來幫助篩選暴露在蒸汽或加壓水中的候選鋼的抗氧化性的例子。如圖A中Fe- ni - 20cr (at.%)在1000℃下的氧化物穩定性計算圖所示，為(wei) 了防止FeO的形成，Fe的含量需要小於(yu) ~ 53 at.%。右邊的陰影框(粉紅色)表示一係列合金(~ 47-53 at。% Fe)有利於(yu) Cr2O3、尖晶石-1(富Fe M3O4 + Cr + Ni)、尖晶石-2 (M3O4 + Fe、Ni和Cr)和M2O3(主要是Fe2O3)的形成。與(yu) 此相反，在左圖藍色陰影框中的合金上形成了氧化皮(~ 40-47 at。% Fe)的表麵主要是尖晶石-2。DS合金是該地區的一種合金。由於(yu) Cr和Ni含量較高的尖晶石-2比Fe2O3和Fe3O4具有更強的抗氧化性和更強的抗脫落能力，因此DS合金的抗氧化性能預期優(you) 於(yu) 800H合金。

Fe-Ni-20Cr（at.%）在1000°C下的氧化物穩定性圖以及在1000°C和1100°C下暴露於(yu) 蒸汽中的合金800H和DS的質量變化，PO2是O2的分壓。

在至少80%的斷裂尖端中，靠近尖端中心的相對側(ce) 上，斷裂尖端包含匹配的沉澱碎片幾何形狀。根據斷裂表麵上的沉澱物，預測最佳沉澱物尺寸為(wei) 100nm，以獲得最大拉伸強度，而不同熱處理的拉伸試驗顯示，最大強度為(wei) 100nm和更小的沉澱物。Cr2Nb沉澱物在高溫下在多晶和單晶結構之間發生轉變。

研究建議GRCop-84的LPBF AM用於(yu) 在DIII-D tokamak上開發高場側(ce) （HFS）低混合電流驅動（LHCD）多結射頻發射器，其中高溫烘烤和中斷期間的電磁負載阻止了因退火而使用OFC。LPBF允許在傳(chuan) 統加工難以實現的配置中對LHCD發射器部件進行AM，例如移相器內(nei) 的錐形部分或功率分配器內(nei) 的RF調諧元件。與(yu) 不鏽鋼或鉻鎳鐵合金相比，銅的高導電性降低了射頻損耗，高導熱性增加了允許的第一壁熱負荷。盡管大多數商用LPBF打印機的製造麵積小於(yu) LHCD發射器的體(ti) 積，但銅焊、激光和電子束焊接已證明連接了典型LHCD發射器隔膜的GRCop-84薄板。與(yu) 具有抗中子損傷(shang) 能力的銅合金類似的沉澱物和晶粒尺寸意味著在聚變反應堆環境中的適用性。AM GRCop-84 R F組件的表麵粗糙度可通過選擇可接受的質量精加工步驟降低至Ra

本文研究了熱處理LPBF印刷GRCop-84材料的斷口形貌，分析了析出相組織和抗拉強度的變化。LPBF印刷的GRCop-84的產(chan) 率和UTS均大於(yu) 擠壓或熱等靜壓的GRCop-84。在高溫暴露過程中，沉澱粗化飽和，使GRCop-84在900°C熱處理或釺焊後保持其初始強度的相當一部分。通過選擇合適的熱處理工藝來優(you) 化拉伸強度。斷口表麵呈脆性斷裂，斷裂過程中Cr2Nb析出相成核孔洞，這種影響在GRCop-84中未見。這種效應是AM GRCop-84的一個(ge) 突出特性:在拉應力作用下，析出相斷裂形成空洞形核。

對粉末熱等靜壓和擠壓法製備的GRCop-84材料的拉伸強度和斷裂進行了研究，發現材料斷裂過程中斷裂尖點和析出相位置之間沒有明顯的相關(guan) 性。與(yu) 此相反，AM GRCop-84顯示了在拉應力作用下析出相晶體(ti) 的劈裂，使空洞成核並合並，導致材料斷裂。由於(yu) AM GRCop-84的抗拉強度明顯大於(yu) HIPed或擠壓材料，因此識別這種破壞機製對進一步改進該材料至關(guan) 重要。利用斷裂尖點與(yu) 析出相直徑比值的分布來預測材料最大強度的最佳析出相直徑，並與(yu) 熱處理後的GRCop-84中的析出相尺寸進行比較。

2. GRCop-84 材料特性

GRCop-84是一種具有亞(ya) 微米Cr2Nb沉澱結構的銅合金，熔體(ti) (8at. % Cr, 4 at. % Nb, bal. Copper)用冷塊熔體(ti) 紡絲(si) (CBMS)的帶狀或氣體(ti) 霧化粉末，以防止大的沉澱生長，否則在緩慢冷卻過程中會(hui) 達到1厘米。析出相分布通過具有較大析出相的Hall-Petch機製和具有較小析出相的Orowan機製獲得了較高的機械強度。Cr2Nb析出相在銅基體(ti) 中的溶解度較低，與(yu) 其他析出硬化銅合金相比，Cr2Nb析出相具有更高的高溫穩定性。在高溫下，擠壓態、HIPed態和釺焊態的晶粒和析出相組織沒有明顯粗化。

將GRCop-84粉末固化成完全致密的材料必須在足夠低的溫度下進行，以防止沉澱結構粗化，或者在熔體(ti) 和再凝固時間足夠快的情況下進行。流程操作銅的熔點以下矩陣和使用高壓鞏固grcop - 84粉,如熱等靜壓(HIP)從(cong) 粉945至1010°C 208 MPa為(wei) 1 - 4 h或直接擠壓粉830 - 885°C(857°C推薦),最低6:1減速比由區域。利用重熔的工藝必須使用快速熔體(ti) /再凝固循環，以防止沉澱粗化，如LPBF，電子束熔煉(EBM)，或真空等離子噴塗。

例如，目前透明陶瓷零件製造過程中，為(wei) 了充分消除殘餘(yu) 氣孔，采用了HIP燒結後處理(簡稱後HIP)。下圖為(wei) 後hip處理完全消除孔隙後獲得的透明度。

第一排:圓盤的視覺形態，第二排:MgAl2O4尖晶石在(a) 1500℃無壓燒結2 h， (b) 1500℃後hip燒結10 h， (C) 1800℃後hip燒結1 h後的SEM顯微圖。

2．1． Cr2Nb沉澱性能

GRCop-84類似於(yu) 彌散強化(DS)、沉澱硬化(PH)和金屬基複合材料(MMC)。與(yu) 傳(chuan) 統的PH材料不同，Cr2Nb析出是在氣體(ti) 霧化粉末的快速凝固過程中形成的，而不是在時效過程中形成的。幾十納米的Cr2Nb析出物像DS材料一樣存在，大量Cr2Nb析出物(約14%)像MMC一樣存在於(yu) 銅基體(ti) 中。Cr2Nb析出形成C15 (cF24) Laves相，是一種緊密排列的二元金屬間化合物，近似公式為(wei) AB2，其中a原子(Nb)是較大的元素。B原子(Cr)形成角與(yu) 角相連的多層四麵體(ti) ，而A原子則在菱形晶格中填充B原子四麵體(ti) 內(nei) 部的空間。C-15相類似於(yu) f.c.c.，但四層相互滲透的原子層抑製了滑移位錯的運動。Cr2Nb單元胞含有24個(ge) 原子，晶格參數為(wei) 6.98 ，而銅單元胞f.c.c結構為(wei) 4個(ge) 原子，晶格參數為(wei) 3.6 。

非化學計量的Laves相導致反位取代晶體(ti) 缺陷，在晶格中較普遍的原子取代較不普遍的原子。在某些Laves相中，如Cr2Nb，富Nb和富Cr構型的反位取代形式;較大的Nb原子取代較小的Cr原子位置。Cr:Nb = 2.05:1的原子比可以防止氫脆，這是由於(yu) 在火箭發動機和聚變反應堆環境中，铌對氫的親(qin) 和力。Cr2Nb根據Cr與(yu) Nb的比例在1620℃(富Cr)到1650℃(富Nb)之間熔化，而Cu則在1084℃熔化。在Cr2Nb中，Laves相在60%的熔點，870°C發生韌脆轉變。

(a)斷口金相切片顯示回火馬氏體(ti) 組織沿原奧氏體(ti) 晶界開裂，(b)高強鋼斷口掃描電鏡顯示脆性的晶間麵。

HE產(chan) 生的裂縫與(yu) 很少或沒有宏觀變形有關(guan) ，但通常表現出局部塑性的跡象。斷口表麵通常是明亮的(除非在開裂後發生大氣腐蝕)，並且通常由於(yu) 沿晶界或沿低指數晶體(ti) 解理麵開裂而呈麵狀。對於(yu) 高強度鋼，對於(yu) 正常水平的金屬-雜質偏析，裂紋通常發生在前奧氏體(ti) 晶界處(上圖)，但在高純鋼中，裂紋可能發生在馬氏體(ti) -板條界麵處。

在較寬的溫度範圍內(nei) ，Cr2Nb沉澱在銅基體(ti) 內(nei) 保持穩定，在較高的溫度下，Cr2Nb沉澱的粗化或生長最小。HIPed或擠壓GRCop-84的釘住晶界在800℃長期暴露中進一步抑製了晶粒長大，而在1000℃暴露後，抗拉強度幾乎沒有下降，而大多數沉澱硬化合金在高溫暴露後減弱。高溫穩定性和由此產(chan) 生的抑製銅顆粒的生長，使GRCop-84 HIPed或從(cong) 粉末中擠出後，在高達1000°C的溫度下長時間暴露後，保持其大部分強度，因為(wei) 沉澱粗化在氣體(ti) 霧化過程中已經飽和，隨後在使用HIPing或擠壓過程的冷凝過程中保持。在1000℃的模擬釺焊循環中，由於(yu) 顆粒粗化，擠壓GRCop-84的抗拉強度降低了75 MPa。

沉澱的熱穩定性取決(jue) 於(yu) 溶解度，在1750℃以下的液態銅中Cr和Nb的溶解度都很低，在固態銅中則可以忽略不計。低遷移率賤金屬抑製團聚。在冷卻速度為(wei) 102 ~ 103 Ks 1的氣體(ti) 霧化粉末中，析出相呈雙峰分布，主要由初始快速凝固過程中形成的直徑達0.5 μm的初生顆粒和隨後時效過程中形成的直徑為(wei) 24 ~ 76 nm的二次顆粒組成。106 K/s的冷卻速率不足以抑製Cr2Nb析出。在500℃~ 700℃的熱處理過程中，在30 nm範圍內(nei) 產(chan) 生了二次析出物，在1 h後析出體(ti) 飽和，然後開始緩慢合並，直到100 h結束時晶粒尺寸保持不變。在827℃以上，這些小的沉澱開始溶解回銅基體(ti) 。Cr2Nb的析出範圍為(wei) 20 nm ~ 0.5 μm。GRCop-84熔融相中含有一定比例的共溶Cr和Nb，在凝固過程中析出。

2．2. 沉澱強化機製

Cr2Nb在高溫下析出針狀晶界阻止生長，並提供Orowan位錯障礙。從(cong) 粉末中擠出的GRCop-84晶粒尺寸為(wei) 1 ~ 5 μm，亞(ya) 微米Cr2Nb析出，晶粒尺寸呈雙峰分布。氣體(ti) 霧化過程中，銅液內(nei) 部形成較大且形狀不規則的初生析出相，主要分布在晶界上，而固溶體(ti) 冷卻至溶點以下或時效過程中形成較小的球形析出相。擠壓成型的GRCop-84中，一次沉澱與(yu) 二次沉澱的邊界為(wei) 300±100 nm。在溶解溫度以下時效會(hui) 析出更多的二次顆粒，並形成三峰型尺寸分布。

Orowan強化取決(jue) 於(yu) 析出相的大小和體(ti) 積分數以及銅基體(ti) 內(nei) 部。

Ashby-Orowan方程(1)給出了拉伸強度的增加，Δσy，其中b為(wei) 滑移方向的Burgers矢量(銅為(wei) 0.255 nm)， Gb為(wei) Burgers矢量-剪切模量積(銅為(wei) 12.3MPa μm)， f為(wei) 析出相體(ti) 積分數，r為(wei) 析出相半徑。假設硬顆粒體(ti) 積分數不變，拉伸強度隨析出相半徑的減小而增大。當旁通滑移從(cong) Orowan環向顆粒剪切過渡時，這種趨勢在低半徑範圍內(nei) 受到限製。最大強化發生在粒子剪切過渡到Orowan環的臨(lin) 界半徑。

屈服強度與(yu) 晶粒尺寸有關(guan) ，由Hall-Petch方程(2)描述，σ0 = 26 MPa為(wei) 純銅的Hall-Petch常數，ky = 0.12 [MPa m1/2]為(wei) 銅的材料比強化係數，d為(wei) 晶粒直徑。

假設基體(ti) 為(wei) 純銅，晶粒尺寸為(wei) 2.7 μm，計算得到的Hall-Petch機製的晶界強化強度為(wei) 99 MPa。隨著晶粒尺寸減小到20 ~ 30 nm，銅的屈服強度繼續增大。純銅的屈服強度達800 ~ 900 MPa，晶粒尺寸為(wei) 20 nm。LPBF GRCop-84中晶粒尺寸的減小將進一步提高其抗拉強度。

雙峰型析出相尺寸分布使擠壓成型的GRCop-84具有高強度和耐高溫軟化性能。較大的沉澱釘住晶界，通過阻止生長保持Hall-Petch強化。當溫度為(wei) 800℃，溫度為(wei) 100 h時，釘住晶界的尺寸不大於(yu) 2.6 μm。Cr2Nb在銅中的溶解度低，具有較高的高溫穩定性。與(yu) 其他沉澱硬化銅合金在釺焊溫度下永久軟化不同，較大的Cr2Nb沉澱不會(hui) 溶解到銅基體(ti) 中，晶界保持固定。

較小的析出相通過Orowan機製產(chan) 生位錯障礙，主導擠壓GRCop-84的強化。隨著高溫時間的延長，小顆粒變粗，強度降低。在500℃時效100 h時，原有的二次粒子使變粗，新二次粒子的析出使強度增加。直徑~1 μm的顆粒強化強度是小顆粒強化強度的10倍，可以忽略不計。在釺焊過程中，隨著Orowan機製的增強，二次析出相的增加會(hui) 提高釺焊的抗拉強度。

2.3 對GRCop-84的LPBF打印的研究

grco -84的LPBF打印技術由NASAMSFC、ASRC聯邦航天LLC和特殊航空航天服務公司(SAS)開發。

GRCop-84是由ATI粉末金屬生產(chan) 的氣體(ti) 霧化粉末印刷在Visser精密專(zhuan) 用航空航天服務(SAS)的EOS M290上。沒有應力消除，退火或熱處理被應用。製作了火箭發動機燃燒室、拉伸試樣和圓柱形試樣。長度~140 mm和直徑1 mm的無支撐冷卻通道足夠寬，可以去除粉末。當懸垂角度大於(yu) 構建板的水平XY平麵45°時，冷卻通道的下垂被最小化(坐標係統見圖4)。六角棒在車床上車削，以創建一個(ge) 減少的橫截麵拉伸試樣。圓柱體(ti) 直徑2毫米，沿Z軸印刷，用電火花絲(si) 從(cong) 構建板上移除。

圖4 LPBF打印樣品GRCop-84條。Bar (a)沿其長度(下圖中從(cong) 左到右打印時z軸)打印，Bar (b)沿其寬度(下圖中打印出頁麵時z軸)打印。從(cong) 末端(c)開始沿其寬度切割~3毫米，以產(chan) 生內(nei) 部樣品(d)。激光艙口圖案可見於(yu) 印刷部件(b)的頂部表麵。棒材尺寸為(wei) 89毫米× 12.7毫米× 9.5毫米。

microcomputed Tomography (μCT)掃描在Zeissxradi520 Versa μCT上進行掃描，體(ti) 素尺寸為(wei) 3.7μm，在印刷GRCop-84圓柱體(ti) 內(nei) 測量空隙。在直徑為(wei) 2 mm、總密度為(wei) 99.875%的測試筒上，孔隙率(99%)主要分布在表麵以下100 μm處。孔隙度集中在殼周掃描和填充孔圖案之間的重疊處。散體(ti) 材料，不包括麵層，具有99.9%的密度作為(wei) 印刷材料，而不需要HIPing達到全密度。

光鏡和掃描電鏡圖像顯示，在XY平麵上蝕刻的橫截麵顯示Cr2Nb沉澱被推到激光熔池的邊界。熔池中心的銅基體(ti) 中細小的晶粒被寬度為(wei) 6 μm的長柱狀晶粒包圍，這些長柱狀晶粒穿過相鄰熔池的邊界生長。LPBF打印件的外表麵由30 μm Cu顆粒組成的網狀結構，表麵粘有未熔化或部分熔化的粉末顆粒。能量色散x射線光譜分析表明，其成分為(wei) 8.43 at.% Cr, 4.35 at .% Nb (Cr/Nb = 1.94)。

ARAMIS係統測量的所有測試的應力-應變曲線。

記錄的PP和MWCNT/PP材料的拉伸應力-應變曲線如上圖所示。PP材料的曲線有一個(ge) 小的散點。相反，MWCNT/PP材料的曲線表現出較大的彌散性，反映了增強質量的變化。對比兩(liang) 種材料的曲線，發現添加MWCNTs後，PP材料的楊氏模量和屈服應力(最大應力)明顯增強。

拉伸試驗表明，由於(yu) 印刷取向的原因，LPBF印刷樣品的屈服強度各向異性為(wei) 0.2%。平行於(yu) 應力方向的試樣屈服強度為(wei) 392 MPa，延伸率為(wei) 710 MPa，延伸率為(wei) 16.6%;垂直於(yu) 應力方向的試樣屈服強度為(wei) 472 MPa，延伸率為(wei) 714 MPa，延伸率為(wei) 15.4%。在UTS中沒有觀測到各向異性。微觀尺度上典型的韌性斷裂斷口在平行於(yu) 拉伸方向(杆長沿Z軸，見圖4)的拉伸杆上顯示LPBF缺口圖案，並在垂直於(yu) 拉伸方向(杆長沿XY平麵)的拉伸杆上形成分層。斷口麵上的激光焊跡被斷口切割，這意味著焊縫處的分離很小。

GRCop-84 LPBF打印技術於(yu) 2014年由NASAMarshall航天飛行中心開發，此前，NASAGlenn研究中心在鍛造GRCop-84製造方麵進行了工作。概念激光M2上的LPBF使用了以下設置：

Laser power: 180 W

Laser scan speed: 600 mm/s

Layer thickness: 30 μm

Hatch Width: 105 μm

LPBF GRCop-84由來自不同供應商的氣體(ti) 霧化粉末固結而成，在機械性能方麵存在微小差異。加入直徑

铌中可吸收大量氧氣，鐵是鉻裝藥中的常見汙染物。鉻裝藥產(chan) 生的200–250 appm鐵汙染降低了GRCop-84的導熱係數，而500 psi的空氣或氮氣和錐形冷卻通道有助於(yu) 從(cong) 冷卻通道中去除粉末，窄通道或油汙染會(hui) 抑製粉末的去除；錘擊在熱等靜壓前去除粉末會(hui) 產(chan) 生微裂紋。通過水流測試或CT掃描驗證通道中的粉末去除。

氣壓滲透法製備Cu-Ti/金剛石複合材料的熱導率。

Cu-Ti/金剛石複合材料的導熱係數如上圖所示。導熱係數先增大到0.5 wt% Ti後減小，最大導熱係數為(wei) 752 W/mK。熱導率的變化與(yu) 界麵碳化物的演化密切相關(guan) 。

與(yu) 平行於(yu) 應力方向的印刷相比，垂直於(yu) 應力方向印刷的印刷棒的各向異性使其抗拉強度提高了約10%。更快的激光掃描速度增加了LPBF GRCop-84體(ti) 的孔隙度，但這種增加的孔隙度被HIPing降低。長度為(wei) 25.4 mm的冷卻劑通道經過壓力測試，壓力達到13.8 MPa，沒有由於(yu) 氣孔而泄漏的跡象。與(yu) HIPed試樣相比，印刷態試樣具有較高的強度和較低的塑性，意味著殘餘(yu) 壓應力為(wei) 。後HIP材料的強度與(yu) 擠壓成型的GRCop-84相似，意味著完全退火。HIPed LPBF GRCop-84合金的斷裂伸長率大於(yu) 擠壓材料，這是由於(yu) 較細的Cr2Nb析出物增加了銅基體(ti) 在斷裂前的應變。

HIPed lpbfgrcop -84的屈服強度為(wei) 208MPa, UTS為(wei) 390 MPa，延伸率為(wei) 30%。印刷後的GRCop-84具有較高的殘餘(yu) 應力，導致斷裂伸長率較低。消除應力的熱處理延性提高了延性，但降低了抗拉強度。施工條件下的UTS為(wei) 674 MPa，經HIP處理後降低至390 MPa。在500-700℃範圍，GRCop-84的抗拉強度超過了幾乎所有其他銅合金。在需要HIPing、高溫熱處理或釺焊的零件中，如果後續不允許固溶和沉澱熱處理，GRCop-84在所有溫度下的抗拉強度都超過了所有其他沉澱強化銅合金。

3.試驗樣品的增材製造

本文測試的LPBF GRCop-84樣品由Quadrus公司生產(chan) 。(在2020年5月之前，前身為(wei) ASRC聯邦航天有限責任公司)。lpbf生產(chan) 使用以下設置:

機器類型:概念激光M2 (p/n: SL400W)

最大建築麵積:250mm × 250mm

最大建築高度:350毫米

激光功率:180w

激光掃描速度:600mm /s

厚度:30 μm

艙口寬度:100 μm

組件在氬氣氣氛下印刷，以防止氧化。激光掃描投影一個(ge) 3毫米× 3毫米的正方形艙口圖案與(yu) 圖案在相鄰的正方形旋轉90°。缺口峰與(yu) 峰之間間隔100 μm。一個(ge) 單一的艙口線掃描周圍的部分橫截麵圓周導致更平滑的外部表麵。印刷後的GRCop-84用壓縮空氣和水中超聲波清洗。熱處理(本文稍後討論)是在清洗後進行的。

包含LPBF極向射頻功率分配器和移相器的構建板分別如圖1 (a)和(b)所示。功率分配器的化學/化學機械加工如(c)所示，降低了低射頻損耗的表麵粗糙度。用傳(chuan) 統的機械加工無法生產(chan) 的波導段，通過彎曲或拉伸難以生產(chan) 的波導段如圖(d,e)所示。寬帶寬反射計喇叭天線如(f)所示。

圖1 LPBF波導和LHCD發射裝置部件在構建板上(a-f)。照片(a,b,d,e)由Quadrus公司提供。

來源：Fracture characteristics and heat treatment of laser powder bedfusion additively manufactured GRCop-84 copper，Materials Scienceand Engineering: A，https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141690

參考文獻：David L. Ellis，GRCop-84: A High-Temperature Copper Alloy for High-Heat-FluxApplications(2005)，https://ntrs.nasa.gov/citations/20050123582，NASA/TM2005-213566