我校机械工程学院张兴权教授课题组在国际权威期刊发表高应变率成形制造的最新研究成果

近日，我校机械工程学院张兴权教授课题组在国际权威期刊《Corrosion Science》（中科院一区Top期刊，影响因子7.4）上发表铜箔在激光冲击下微观组织演化特征和抗腐蚀性能的最新研究成果。材料科学与工程学院博士生章艳为论文第一作者，张兴权教授为论文的通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省高校研究项目等支持。

铜及铜合金因其优异的导电性、导热性和可加工性，被广泛用于微机电系统、集成电路和工业通信设备等领域。然而，纯铜构件在使用过程中不可避免地受环境影响，常常暴露在腐蚀性环境中，导致构件发生腐蚀失效，影响产品的使用功能。随着微电子器件和微机电系统高可靠长寿命的发展要求，对构件的制造质量和使用性能提出了更高要求。

（激光冲击成形件的EBSD）

（激光冲击下构件表层的微观组织）

（冲击成形后材料层错的反傅里叶变换）

（冲击成形试样表面腐蚀产物XPS谱）

（冲击成形构件耐腐蚀机理）

针对上述工程应用需求，课题组采用激光冲击成形+强化的复合方法对薄壁纯铜构件进行塑性精密成形，实现了激光冲击波诱导下材料的高应变率快速成形制造。课题组对成形件的残余应力、微观组织及耐腐蚀性能进行了研究，发现激光冲击实现构件塑性成形的同时，在其表面形成残余压应力，单次激光冲击下成形件的凹面和凸面残余压应力分别为−89.2和−18.7 MPa，再次冲击强化后，成形件凹面和凸面残余压应力增加到−184.4和−35.1 MPa。两次冲击处理后，材料表层晶粒的大小由4.49 μm依次下降至4.27和4.09 μm，小角度晶界数量比例由48.9%分别增加到58.4%和62.4%，成形件表层的晶粒得到了细化。通过透射电镜（TEM）进一步观察到表层存在大量的纳米级变形孪晶、高密度的位错缠绕以及大量连续的层错，而且激光冲击处理后材料面心立方晶体结构原子序列及其间距发生改变。成形件表层形成的超细晶粒和层错等显微组织以及分布的残余压应力，有助于其表面生成致密的氧化亚铜钝化膜，从而显著提高抗腐蚀能力。

本研究创新性地提出了金属薄板激光冲击成形+强化复合成形的方法，揭示了改善金属材料的力学性能及抗腐蚀性机理，为激光冲击加工技术在高性能电子器件和微机电系统等领域中的实际应用提供参考。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.112325

（撰稿：左立生 审核：郑近德 李永涛 刘庆运 张苒 黄敏）

标签：激光  构件  残余