近期，重庆研究院多材料增材制造团队在异质金属界面润湿行为研究方面取得系列进展。团队以Sn-Fe体系为模型，深入揭示了温度调控下液态金属在固态金属表面与晶界处的润湿模式转变规律，提出了统一的“钉扎-脱钉”动力学机制。相关成果发表于金属材料领域顶级期刊《Acta Materialia》【Acta Materialia 320 (2026): 122714】。

固-液金属界面问题是增材制造、高温浸渗等多材料构件制备的关键基础问题。经典热力学能量平衡理论难以解释固-液界面与晶界处的非平衡润湿过程，尤其固-液界面金属间化合物的生成与溶解如何动态影响动态润湿过程，此前仍缺乏系统的动力学解释。

该研究以Sn-Fe体系为模型，结合原位共聚焦激光扫描显微镜观测、淬火微观结构分析、相场模拟与热力学计算，系统揭示了650-950°C范围内Sn-Fe体系固-液界面及晶界处的润湿转变机制。研究发现：在650°C，界面处快速形成的金属间化合物层充当扩散屏障，钉扎润湿前沿，导致固-液界面润湿（FSW）缓慢，并阻止完全晶界润湿（GBW）转变；在950°C，金属间化合物和固溶体形成被抑制，润湿前沿脱钉，液态Sn实现快速固-液润湿与完全晶界润湿转变，同时晶界处Sn偏聚诱发固液界面处晶粒异常长大与晶间裂纹。研究提出固-液界面与晶界润湿转变的“钉扎-脱钉”动力学新机制，指出基体元素在液相中的溶解度（C_L）和凝固成分范围（C_R）是控制润湿动力学的关键热力学参数，并发现具有快速固-液界面润湿和完全晶界润湿特征的体系中C_L与 C_R存在普适线性关系。相场模拟进一步从机理上揭示了晶界处液态Sn偏聚如何驱动等轴晶向柱状晶转变并诱发液相金属脆化（图1）。该研究突破了传统热力学能量平衡理论的局限，首次提出异质金属固-液界面与晶界润湿转变的“钉扎-脱钉”动力学新机制，为优化激光粉末床熔融等多材料构件制备工艺提供了理论依据。

图1 Sn-Fe体系界面与晶界润湿转变机制

该项研究是团队在异质金属表界面理论研究方面系列系统性原创成果之一（图2）。团队还取得以下进展：率先提出异质金属体系非连续铺展“步进流动”新机制【Acta Materialia 282 (2025): 120519】，揭示了高温金属熔体涂层的氧化/去氧化的新机理【Acta Materialia 266 (2024): 119707】与分子动力学新机制【Acta Materialia 221 (2021): 117430】，以及表面与晶界润湿转变的动力学新规律【Acta Materialia 320 (2026): 122714】；系统研究了异质金属界面反应【Applied Surface Science 571 (2022): 151272】及熔体表面氧化【Surfaces and Interfaces 54 (2024): 105287】对润湿性能的独立影响及其耦合作用机制【Surfaces and Interfaces 60 (2025): 106026】；进一步阐明了熔体内部Marangoni对流对润湿过程的调控作用【Chemical Engineering Journal 519 (2025): 165377】。在此基础上，团队提出了涵盖界面反应、表面扩散与流体迁移的协同动力学模型，实现了异质金属界面润湿全过程的定量刻画【Nature Communications 17.1 (2025): 313】。上述理论成果相互支撑、层层递进，构成了从异质金属微观界面行为到宏观润湿动力学的研究链条。

图2 异质金属体系表界面理论研究

国家级高层次人才计划专家、重庆研究院研究员杨守峰担任该论文的共同通讯作者，助理研究员孙友庆博士为论文的第一作者。研究得到了中国科学院战略先导计划项目（B类）、重庆市重大科技专项项目、国家自然科学基金青年项目（C类）、中国博士后面上基金项目、重庆市自然科学基金面上项目、重庆市留学生创新创业计划等资助。