中美七校联合丨基于铺粉和送粉的激光增材制造高熵合金的微观结构和力学行为

高熵合金（HEA）是一种新兴的合金，其含有五种及以上摩尔数相等或近似的元素。这一合金的性能卓越，表现为高强度、出色的断裂韧性和优异的抗疲劳性，因此具有广泛的应用前景。传统高熵合金的制造方式以铸造为主。近年来，增材制造（AM）技术发展较快，其可以直接制造几何形状复杂的零部件。目前，许多通过AM制造的金属合金，如不锈钢、钛合金、铝合金和高熵合金，已经展现出传统加工方法无法获得的优异机械性能。

       

本文采用激光定向能量沉积（L-DED）和激光粉末床熔融（L-PBF）这两种工艺进行CoCrFeMnNi高熵合金的增材制造，同时对L-DED和L-PBF样品的微观结构和塑性变形机理进行了比较研究。在这两种样品中，都形成了高度不均匀的微观结构，由柱状晶粒、凝固单元和位错网络组成。然而，两者在晶体结构、晶胞尺寸和元素分布方面存在实质性差异。在L-DED样品中，较深的熔池促进了<101>/<111>的混合晶体织构，而<101>/<111>织构的增强提高了流动应力，促进了L-DED样品中变形孪晶的激活。此外，较大的凝固晶胞尺寸和跨晶胞壁的相关元素偏析增加了位错存储能力和抗位错运动的能力，因此在塑性变形过程中出现了大量的平面滑移带和微带。相比L-PBF样品，L-DED样品表现出更强的塑性变形能力，因此可以产生更持久的应变硬化，具有更高的延展性。本文探索了增材制造高熵合金的变形机制，并研究了增材制造工艺参数对凝固微观结构和材料设计的影响。

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118884

       

图2. L-DED样品的微观结构。（a） BD-LD平面中熔池的OM图像；（b） BD-LD平面的IPF-BD；（c） 显示元素偏析的BD-LD平面的EDS图；（d） TD-LD平面的低倍TEM图像，显示位错纠缠和密集的位错壁；（e） 图（d）中虚线框标记区域的放大TEM图像