中国粉体网讯 激光粉末床熔融（L-PBF）技术是一种金属增材制造（3D打印）的核心工艺。它通过高能激光束，按照预设的三维模型路径，逐层选择性熔化金属粉末，最终直接成形出致密的金属零件。该技术特别擅长制造传统工艺难以实现的复杂几何形状、精细内部流道和随形冷却通道的构件。在您关注的报告语境中，该技术被视为推动人工智能、超算中心及半导体封装散热等领域发展的关键材料制备手段。中南大学雷前研究员团队在该领域针对多种高性能铜合金体系开展了系统研究，取得了系列重要进展。
一、Cu-Cr-Zr合金：工艺优化与无缺陷成形
Cu-Cr-Zr作为一种经典的沉淀硬化铜合金，其高导热、高导电特性与L-PBF工艺的高反射率、高热导率特性存在固有矛盾，导致成形挑战大。研究团队通过精细的工艺参数调控，成功实现了该合金的无缺陷薄壁结构成形，并显著提升了其显微硬度。
关键技术突破在于对能量输入的精确控制。研究表明，通过采用基于恒定体能量密度的界面能量动态调控策略，可以有效抑制CuCrZr合金在异质结构结合时产生的界面微裂纹。在最佳L-PBF工艺参数下，可获得相对密度超过99.65%的致密试样。后续热处理，特别是直接时效处理，能进一步析出大量Cr纳米沉淀，显著强化合金。
二、Cu-Cr-Nb合金：粉末创新与超高致密化
Cu-Cr-Nb合金因在高温下具有稳定的Cr2Nb析出相而备受关注，但其粉末制备与激光成形同样面临挑战。团队通过开发新型合金粉末并结合工艺优化，实现了该合金的突破性进展。
传统氩气雾化粉末存在反射率高的问题。研究采用元素粉末机械球磨法制备了具有独特“芝麻球”结构的Cu-Cr-Nb复合粉末，有效提高了对激光能量的吸收率，使用该粉末成形的合金块体密度超过99%。针对特定的GRCop-84合金，通过优化L-PBF工艺，其打印密度可稳定超过99.9%，内部缺陷极少，表面粗糙度（Ra）可低至3-4μm，显著优于纯铜或CuCrZr合金的打印效果。
三、Cu-Ni-Si与Cu-Cr-Si合金：析出相调控与性能协同
对于以析出强化为主要机制的Cu-Ni-Si和Cu-Cr-Si合金，研究重点在于通过调控热处理工艺，优化纳米析出相的尺寸、分布与体积分数，从而协同提升强度与导电/导热性能。
在Cu-Ni-Si合金方面，团队确立了完整的最优热处理方案。经920°C固溶处理1小时，随后在450°C下时效28小时后，测得合金抗拉强度达到788 MPa，同时导电率保持在45.0% IACS的较高水平。这有效解决了增材制造铜合金常面临的强度与导电性难以兼顾的问题。
对于Cu-Cr-Si合金，研究通过正交实验获得了L-PBF制备的最佳参数。成形后的试样在500°C下进行45分钟的直接时效处理，性能得到显著提升：极限拉伸强度达到686 MPa，伸长率为16%，同时导电率高达63% IACS。
雷前研究员团队在Cu-Cr-Zr、Cu-Cr-Nb、Cu-Ni-Si及Cu-Cr-Si等多种高性能铜合金的激光粉末床熔融技术研究中，围绕粉末原料、工艺参数、热处理制度等核心环节取得了系统性进展。这些工作不仅实现了复杂构件的高质量、无缺陷成形，更通过微观组织调控，使材料在强度、导电性及导热性等关键性能上达到了优异平衡。这些研究成果凸显了激光增材制造技术在制备下一代高热通量散热器件、火箭发动机燃烧室衬里等关键部件方面的巨大潜力，为相关领域的技术升级提供了坚实的材料基础。
2026年4月28日，中国粉体网将在湖南·长沙举办“第二届高端金属粉体制备与应用技术大会暨2026通信电子、3D打印、粉末冶金市场应用交流会”。届时，我们邀请到中南大学粉末冶金全国重点实验室雷前研究员出席本次大会并作题为《高性能铜合金增材制造最新研究进展》的报告，雷前研究员将分享其团队在激光粉末床熔融（L-PBF）技术制备高性能铜合金领域的最新突破。
个人简介：
雷前，男，中南大学粉末冶金国家重点实验室研究员/教授，粉末冶金结构材料研究所副所长，博士生导师。2003-2014年先后在中南大学获得本科、硕士、博士学位，2013-2014年获得国家公派留学资助在德国亚琛工业大学任访问学者，2015-2018年在美国密歇根大学安娜堡分校任博士后研究员。2018年3月回国，长期从事先进铜合金的成分设计、熔炼铸造、粉末冶金、增材制造、形变热处理、组织结构表征和性能评价研究，先后结合材料基因工程、机器学习等方法开发20余种新型材料。目前以第一作者/通讯作者在国际期刊上发表SCI论文100余篇，获授权国家发明专利20余项，参与编写专著2本，参与团体标准5项，行业标准4项。连续5年入选斯坦福大学公布的全球前2%科学家“年度科学影响力排行榜”。
参考来源：
雷前，等：热处理对通过激光粉末床熔合工艺制造的 Cu-Ni-Si 合金微观结构及性能的影响
雷前，等：高导电Cu-Cr-Nb合金中的Cr基第二相具有较高的高温强度
（中国粉体网编辑整理/留白）
注：图片非商业用途，存在侵权请告知删除！
