铜合金以其极佳的导电、导热性能，广泛应用于航空航天（如火箭发动机推力室衬里）、电子信息、低空经济及高端制造等领域。增材制造（3D打印）技术突破了传统加工工艺对复杂结构的约束，为航空航天等领域复杂高性能铜合金构件（如带有高密度一体化冷却流道的推力室）的定制化生产提供了前所未有的机遇。
然而，Cu-Cr-Zr这类高强高导热铜合金在增材制造（LPBF）过程中，虽然能实现较好的成形密度，但其高温性能在超过500 °C后会发生急剧衰减。这主要是因为传统的析出相（如Cr粒子或 Cu4Zr）在高温下极易发生Ostwald熟化，失去对晶界和位错的钉扎作用，导致材料发生再结晶软化。为了提升高温稳定性，研究者们开发了含有Cr2Nb Laves相的Cu-Cr-Nb合金。虽然Cr2Nb具有极高的热稳定性，但在极端高温（> 700°C）长期服役时，析出相依然不可避免地会发生一定程度的粗化，从而限制了铜合金在更严苛航空航天环境中的应用。如何在保持高导热的前提下，进一步构筑纳米级稳态析出相、减缓高温软化，是增材制造耐热铜合金领域亟待解决的瓶颈问题。
针对这一难题，中南大学粉末冶金全国重点实验室周科朝教授团队的刘渐陵助理研究员、陈超教授，与中国散裂中子源的微小角中子散射（VSANS）谱仪等单位合作，在国际材料学顶尖期刊《Scripta Materialia》上发表了题为“Remarkable high-temperature softening resistance of a Cu-Cr-Nb alloy by solubilizing Ta in the Cr2Nb Laves phase”的研究成果，论文第一作者为舒忠良博士研究生。
研究团队创新性地引入了在铜基体中扩散速率极低、且热力学性质极其稳定的微量重金属元素——钽（Ta）。通过LPBF成形并辅以直接时效处理（600 °C/1 h），成功诱导Ta原子固溶进Cr2Nb的Laves相晶格中，原位形成了热力学稳定的Cr2(Ta, Nb)纳米粒子。第一性原理计算表明，Ta的引入促进了Laves相从亚稳C14结构向更稳定的C15结构转变，形成焓显著降低。借助中国散裂中子源（CSNS）的小角中子散射（SANS）技术，定量揭示了Cr2(Ta, Nb)在800°C下的粗化系数仅为19.6 nm³·s⁻¹，相比Cr2Nb的46.7 nm3·s-1降低了58%。同时，Ta的添加显著抑制了再结晶和位错回复，使合金的软化温度从Ta-free合金的779 °C大幅提升至839 °C。在600 °C服役温度下，该合金仍保持256 MPa的屈服强度和283 W/m·K的高热导率，展现出优异的强度、导热与耐热协同性能。该研究为耐热铜合金的析出相调控提供了新思路，通过在Laves相中固溶慢扩散元素来抑制高温粗化，有望推动增材制造铜合金在新一代航天推进系统等极端服役环境中的工程应用。
图 1合金设计思路与综合性能：(a) 常见强化元素在铜中的固溶度与扩散系数对比；(b) 平衡相图；(c) 硬度随热暴露温度的变化；(d) 热导率；(e) 600 °C拉伸曲线；(f) 与其他耐热铜合金的性能对比。
图 2 不同热暴露条件下的微观结构演变与EBSD表征：(a) 双峰晶粒结构；(b) 织构极图；(c) 高倍取向图；(d) 再结晶分布；(e) 晶界取向差；(f) GND密度分布；(g) 各微观参量的统计演变。
图 3 纳米析出相的结构与化学表征：(a) HAADF图像及元素面分布；(b) 线扫成分分析；(c) 高分辨TEM及FFT；(d) 原子分辨HAADF-STEM；(e) 原子尺度元素分布；(f) 晶体结构示意图。
图 4 不同热暴露温度下两种合金纳米析出相的尺寸分布对比（SANS拟合结果）。
表 1基于SANS分析的析出相平均直径及高温粗化系数
| Heat exposure temperature | Pristine | 500 °C | 700 °C | 800 °C | |
| Ta-doped | Davg. (nm) | ~33.6 | ~34.8 | ~39.9 | ~47.7 |
| K” (nm3·s-1) | – | 1.1 | 7.1 | 19.6 | |
| Ta-free | Davg. (nm) | ~34.8 | ~37.1 | ~43.2 | ~59.5 |
| K” (nm3·s-1) | – | 2.5 | 10.7 | 46.7 | |
