华中科技大学李元元院士团队：首次“核壳”拱桥效应-粉末冶金

粉末冶金Powder metallurgy，特别是混合元素法，因其成本效率和简化工艺，在钛合金制造中，获得了极大的关注。然而，硬质合金hardmasteralloy(MA)?粉末，对颗粒间力学响应以及微孔的演变和分布的影响，仍未得以充分研究。

今日，华中科技大学BaoWang，李元元院士YuanyuanLi等，在TransactionsofMaterialsResearch上发文，利用纳米CT实验和多颗粒有限元法Multi-ParticleFiniteElementMethod(MPFEM)模拟研究了Ti6Al4V混合粉末的冷等静压ColdIsostaticPressing(CIP)?行为。

研究表明，残余孔隙分布不均匀，较大的孔隙，优先分布在硬质合金MA粒子附近。这种现象归因于“核-壳”拱桥效应，其中刚性硬质合金MA核的坚固支撑与周围软钛壳的力拱相结合，形成稳定的空间排列和局部力链网络，显著阻碍孔隙闭合。

通过增加软-硬颗粒尺寸比sizeratio(SR)，增强了致密化。虽然紧密堆积结构表现出了*显著的“核-壳”拱效应，但亚紧密堆积结构，表现出了优越的孔闭合效率。在各种堆叠排列中，三角形排列实现了*高的密实度和*小的卸载回弹。因此，在较高尺寸比SR的驱动下，生坯密度随着颗粒堆积和应力分布的改善而线性增加。

这些见解，支持了Ti-MA混合体系的优化设计，从而显著提高生坯和烧结体的力学性能。