高熵合金的微观组织与力学性能近期研究进展

高熵合金的微观组织与力学性能近期研究进展

高熵合金（High-Entropy Alloys，HEAs）是一类由五种或五种以上元素以等原子比或近等原子比组成的新型合金。与传统合金相比，高熵合金具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨、耐高温、抗辐射以及软磁性等优点，尤其在高温、高压、高速等极限环境下能维持较好的力学性能。因此，高熵合金在海洋工程、核工业、发动机工业、硬质刀具工业等领域展现出广泛的应用前景。然而，通过传统制造路线生产均质块状合金所需的内在复杂性方面的控制能力仍然充满挑战。增材制造（3D打印）技术因其快速冷却和凝固速率，以及能够实现复杂几何形状和高自由度设计的特点，为高熵合金这种高性能工程材料的生产带来了巨大潜力。

近期，国内多所高校在高熵合金增材制造领域取得了重要进展，涉及烧结工艺、激光增材制造、时效硬化行为等多个方面。本文将介绍华中科技大学、西安交通大学等高校在该领域的最新研究成果。

烧结温度和保温时间对黏结剂喷射增材制造AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金组织和性能的影响

华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室的研究团队使用黏结剂喷射增材制造技术（Binder Jetting Additive Manufacturing，BJAM）制备AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金，通过调节烧结温度（1290℃-1350℃）和保温时间（1 h-5 h）来探究烧结工艺对合金的微观组织及拉伸性能的影响。

研究结果表明，烧结温度和保温时间通过影响孔隙率及晶粒大小，直接影响高熵合金烧结件的性能。孔隙率的下降与晶粒长大同时发生，两因素耦合影响烧结件的力学性能。具体而言，1350℃保温3 h样品的延伸率达7.09%、致密度达92.5%，而1350℃保温1 h样品的屈服强度和断裂强度分别达600.19 MPa和1021.32 MPa。

该研究填补了黏结剂喷射增材制造技术制造共晶高熵合金领域的空白，为研究黏结剂喷射增材制造技术加工共晶高熵合金的工艺与力学性能的关系提供了详细的参考。

激光增材制造技术制备高熵合金的研究进展

兰州理工大学省部共建有色金属加工与再利用国家重点实验室的研究团队综述了激光增材制造技术在高熵合金制备方面的研究进展。高熵合金基于熵变设计理念，具有较大的设计自由度，弥补了亚稳态材料室温脆性和亚稳晶化的不足，并在性能上不断取得突破。

研究团队从二维（2D）、三维（3D）和四维（4D）三个维度介绍了激光增材制造技术在高熵合金制备方面的应用现状，包括激光熔覆技术制备高熵合金涂层、3D打印技术制备高熵合金和4D打印技术制备高熵高温形状记忆合金。此外，研究还讨论了目前研究中面临的关键技术问题及解决方案，并对激光增材制造技术制备先进合金材料的未来进行了总结和展望。

一种新型增材制造FeCoNi中熵合金的时效硬化行为

长沙理工大学和东莞材料基因高等理工研究院的研究团队采用激光选区熔化（SLM）增材制造技术制备了一种新型FeCoNi中熵合金，并研究了热处理对合金微观组织与硬度的影响规律。

研究结果表明，沉积态合金致密度为99.9%以上，平均晶粒尺寸为2.2μm，组织为单相BCC结构，硬度为32.6 HRC。经过470℃热处理后，在晶界和晶内析出双尺寸的Ni3Fe金属间化合物，硬度大幅增加到47.6 HRC。随着热处理温度的进一步增加，合金中生成了粗大的FCC软化相，且FCC相的含量随热处理温度的升高逐渐增多，700℃热处理后FCC相含量达到36%，合金的硬度降低至36.3 HRC。因此，热处理过程中析出富Ni金属间纳米相是提升FeCoNi中熵合金性能的主要原因之一。

难熔高熵合金激光增材制造的发展：材料性能与制造工艺调控技术

西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室的研究团队综述了难熔高熵合金激光增材制造研究的发展现状。难熔高熵合金具有超越传统合金的高强度、高硬度、耐高温、高耐腐蚀性等优异性能，在航空航天、核工程、武器装备等领域具有重要应用前景。然而，其发展面临着成分偏析、研发周期冗长、材料尺寸受限以及高硬度导致的复杂结构成形和加工困难等挑战。

研究团队分析了难熔高熵合金的研发途径、增材成形工艺和缺陷调控、多温度段力学性能以及增材制造工艺面临的挑战和取得的进展，并介绍了难熔高熵合金增材制造未来的应用方向和发展趋势。通过激光增材制造实现材料与结构一体化成形被认为是突破现有难点的重要发展方向。

时效热处理对增材制造FeCoNi中熵合金微观组织与力学性能的影响

东莞材料基因高等理工研究院和长沙理工大学能源与动力工程学院的研究团队采用激光选区熔化（SLM）技术制备了一种新型高强FeCoNi中熵合金，并研究了时效热处理对合金微观组织与力学性能的影响。

研究结果表明，沉积态样品为单相的BCC固溶体，平均晶粒尺寸为4.29μm，显微硬度为HV 336，抗拉强度1010 MPa，伸长率约4%。经过470℃热处理后，在晶界与晶内析出白色颗粒状沉淀相，TEM分析为富Ni的Ni3Fe金属间化合物。Ni3Fe相含量随热处理时间的延长逐渐增加，时效4 h后析出相含量最多为13%，合金平均硬度增至HV 535，与沉积态相比硬度提升了59%，抗拉强度提高到1 514 MPa。470℃低温时效热处理使合金组织中产生了纳米级Ni3Fe析出相，同时细化晶粒，且析出相与基体呈现共格关系，显著提高合金强度。

电子束选区熔化TaNbTiZr难熔高熵合金的微观组织与力学性能

中南大学粉末冶金国家重点实验室的研究团队采用离等子旋转电极雾化法（PREP）制备的高质量TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末为原料，通过电子束选区熔化（EBM）制备TaNbTiZr难熔高熵合金，并研究了工艺参数对合金微观组织及力学性能的影响。

研究结果表明，EBM样品的致密度随着线能量密度的增大呈先上升后下降的趋势，线能量密度为37.5 J/m的样品致密度最高，相对致密度达到98%。TaNbTiZr难熔高熵合金在XOY和XOZ面均呈细小的等轴晶结构，平均晶粒尺寸分别为6.32 μm和6.93 μm。晶粒内部由富含Nb、Ta的BCC1基体相和富Zr的BCC2网状边界组成。TaNbTiZr难熔高熵合金表现出优异的力学性能，其屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率分别为988 MPa、1173 MPa和3.99%。理论计算表明该合金高的屈服强度主要源于高晶格畸变强化和高细晶强化效应。

本文原文来自3D科学谷