2026年4月17日，我校智能制造与机械工程学院专任教师刘佩峰博士联合智机学院院长李天生教授、中南大学吴宏教授、香港理工大学焦增宝教授、皇家墨尔本理工大学Cuie Wen教授等团队，在国际塑性力学领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》（IJP，中科院一区TOP期刊，影响因子12.8）上发表了题为“多相结构赋予增材制造的Fe-Mn-Cu合金强度-塑性-硬化协同作用”的研究论文。这是我校作为主要完成单位在IJP上发表的首篇论文，标志着我校在增材制造及生物医用金属材料领域的研究取得重要突破。
随着人口老龄化加剧，骨缺损修复材料对可生物降解金属的需求日益迫切。传统铁基材料虽力学性能优异，但存在降解过慢、干扰磁共振成像等问题。针对上述挑战，研究团队利用激光粉末床熔融增材制造技术，系统研究了铜元素对Fe-18Mn合金微观结构与力学性能的影响。研究发现，适量铜（1 wt.%）的加入可在合金中构建由γ-奥氏体、ε-马氏体、α-铁素体及富铜纳米析出相组成的多相结构。该合金在变形过程中同时激活TRIP（相变诱导塑性）和TWIP（孪生诱导塑性）效应，实现了软硬相间的应力/应变分配诱导强化，显著提升了位错增殖与加工硬化能力。实验结果显示，该合金的抗拉强度达到837 MPa，延伸率为16%，加工硬化率高达9000 MPa，综合性能优于多数已报道的可生物降解Fe-Mn、Zn、Mg合金。
研究团队还结合第一性原理计算、有限元模拟和分子动力学等多尺度模拟手段，系统揭示了铜元素调控层错能、元素偏析及位错演化的微观机制，为设计高性能可生物降解铁基骨植入材料提供了系统的理论依据。该研究得到国家自然科学基金、湖南工学院科研启动基金的资助，充分体现了我校在跨学科、跨机构合作中的科研创新能力，也为可降解医用金属材料的临床应用开发奠定了重要基础。
【图文导读】
基于有限元的熔池温度演化和冷却速率热模拟。（a, b） 1Cu和3Cu合金垂直于激光扫描方向的截面图；(c)面板（a, b）中1Cu和3Cu合金PI的热历史，插图(d)是熔池最高温度的放大图；(e) 1Cu和3Cu合金PI的冷却速率变化
（a）1Cu 和 3Cu 合金的堆垛层错板模型的密度泛函理论计算以及（b）1Cu 和 3Cu 合金的广义层错能与位移关系图
（a-h）在分子动力学模拟下的拉伸变形过程中位错线的变化情况：（a-d）1Cu 合金和（e-h）3Cu 合金；（i）随着拉伸应变的增加，不同位错长度的模拟变化结果；（j）不同合金的总位错长度的模拟变化结果
【第一作者简介】
刘佩峰，湖南工学院智能制造与机械工程学院专任教师，2024届中南大学材料学博士，衡阳市C类高层次人才，主要研究方向为高强韧医用可降解金属支架设计及优化。以第一作者发表在International journal of plasticity（2）、Acta biomaterialia（1）、MSEA（1）等国际材料顶刊论文7篇，发明专利4项。作为主要参与人参与国家自然科学基金、国际间合作、省重点研发等国家级、省级项目4项，主持省级研究生创新项目1项，校级创新启动项目1项。欢迎各位老师交流讨论。
【文献信息】
Multiphase structure enables strength-ductility-hardening synergy in additively-manufactured Fe-Mn-Cu Alloys. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2026.104701
（图文/刘佩峰 审稿人/一审：王小虎 二审：李天生 三审：刘斌）