铜是一种具有优异耐腐蚀性、可加工性以及优异电导率和热导率的工程材料。由于这些特性，铜被广泛应用于航空航天、汽车、发电、国防和电子等多个工业领域。特别是，在热交换器、电子连接器、感应线圈、冷却通道和发电机等部件中，铜的需求逐年增长[1,2]。近年来，制造业和电气行业的快速发展推动了对几何形状复杂部件设计的需求，以最大化其功能性能。
近年来，人们越来越多地尝试使用增材制造（AM）技术来制造铜部件。典型的金属AM工艺包括激光粉末床熔融（L-PBF，利用激光热源选择性熔化金属粉末）和直接能量沉积（DED，同时喷射金属粉末并照射高功率激光[3,4]。然而，由于这些工艺基于激光，纯铜的高反射率限制了能量吸收，难以制造出高质量部件。此外，铜的高热导率和快速散热特性使得熔池控制变得复杂，常常导致工艺不稳定并产生阻碍部件几何形状形成的缺陷[5],[6],[7]。]
基于烧结的金属增材制造技术，如材料挤出（MEX）和粘结剂喷射增材制造（BJAM），近年来已成为金属AM领域有前景的技术。MEX工艺结合了金属注射成型（MIM）的粘结剂辅助烧结原理和熔融沉积建模（FDM）技术。该方法中，由金属粉末和热塑性聚合物粘结剂组成的丝材或颗粒在加热压缩后，通过喷嘴挤出金属粉末，随后进行脱粘和烧结步骤，最终得到完全金属化的部件。MEX工艺设备简单，操作维护方便，因此被认为是一种成本效益高的金属AM技术[2],[8],[9],[10]。由于MEX工艺不使用高温热源，受铜的光学反射率和热导率影响较小，且烧结过程在熔点以下进行，从而显著降低了铜颗粒局部熔化和快速氧化的风险[12]。
近期研究开始探索材料挤出（MEX）工艺的制造特性和基本性能，特别关注工艺引起的缺陷与力学性能之间的关系[2,9,10],[13],[14],[15]。Ajjarapu等人[16]证明，对MEX制造的铜材进行热等静压（HIP）处理能有效减少内部缺陷。然而，传统HIP工艺通常需要炉内冷却，这会导致晶粒粗化，从而难以同时实现高强度和延展性。其他研究也指出，虽然HIP可以提高部件密度和延伸率，但炉内冷却导致的缓慢冷却速率会显著降低屈服强度[17,18]。
最近，引入了一种结合均匀快速淬火（HIP与URQ）的热等静压工艺。该技术解决了传统HIP冷却速率慢导致强度下降的问题，能够将固溶处理、退火和时效等多种热处理步骤整合到一个HIP循环中。目前，关于HIP与URQ的应用研究较少，尤其是在增材制造材料领域，尚未有相关报道。仅有少数关于L-PBF工艺制造的不锈钢和铝合金的研究[19,20]。这些研究表明，HIP工艺在高温高压条件下能有效减少内部缺陷密度，而URQ工艺可抑制晶粒粗化。例如，当HIP与URQ结合时效处理L-PBF制造的17-4 PH不锈钢[19]时，内部密度显著提高，抗拉强度提升且延展性未明显损失。另外，对L-PBF制造的铝合金[20]进行HIP与URQ处理后，由于压力较低导致的热诱导孔隙减少，其力学性能超过了铸造合金。因此，HIP与URQ有望成为一种有效工艺，不仅能减少增材制造部件中的不可避免缺陷，还能提升其力学性能。
在先前的研究中，本研究团队探讨了MEX工艺制造铜材的微观结构异质性，发现沉积过程中的挤出方式会影响缺陷形成和微观结构特征[9]。Peterson等人[21]指出，在通过MEX工艺制造的聚合物中，层间结合强度随制造高度变化，并受热传输机制影响。据此推测，MEX工艺制造的铜材的微观结构、缺陷分布及力学性能也可能随制造高度而变化，这需要进一步研究。目前关于MEX制造铜材的研究主要集中在缺陷分布与材料性能的关系上，而对MEX工艺引起的独特微观结构特征的分析仍较为有限。
本研究旨在分析MEX工艺制造的纯铜材的微观结构和力学性能随制造高度及层内区域的变化情况。通过应用HIP与URQ工艺，评估了提高力学性能的同时减少内部缺陷的潜力。为此，从多层角度分析了MEX制造样品的微观各向异性和变形行为，并研究了HIP与URQ后处理对性能变化的影响机制。基于这些分析，本研究旨在为提升MEX工艺制造金属部件的质量和性能提供方法。
