利用激光选区熔化增材制造双相难熔中熵合金NbMoTi

Double-phase refractory medium entropy alloy NbMoTi via selective laser melting (SLM) additive manufacturing

Yinan Chen a, Bo Li

本篇论文介绍了利用激光选区熔化（SLM）技术，成功制造出双相难熔中熵合金NbMoTi。

由于其高熔点，单一BCC相元素金属的制造难度大，同时单一相元素金属的性质单一，限制了合金的性能。因此，本研究探讨Nb、Mo和混合MoNbTi粉末的成型分析，FLOW-3D模拟首次成功证明了，利用激光加工可以从粉末混合物中原位合金化生产MoNbTi中熵合金。通过数值仿真优化制造参数，从而缩短流程设计周期。此外，本研究分析了非平衡固化过程中MoNbTi合金样品的双相微观结构。

金属材料规格如下。

实验方式

1. 将Nb、Mo和Ti粉末混合，并通过三维粉末混合机进行搅拌36小时，得到混合粉末。

2. 通过数值模拟（FLOW-3D）确定优化的加工参数，如激光功率、扫描速度、扫描间距和层厚等。

3. 以SLM技术制备出Nb、Mo和NbMoTi高熵合金样品，并使用阿基米德测量法测量了它们的密度。

实验结果表明，经过优化的加工参数可以成功制备出高密度的Nb、Mo和NbMoTi高熵合金样品。

参数设计

以FLOW-3D进行数值模拟来确认加工参数。通过改变扫描速度、扫描间距和层厚等参数，模拟出不同参数下元素Nb的熔池变化情况。当扫描速度降低时，熔池的几何尺寸增加，熔池的液面下降。在速度为300mm/s时，熔池的瞬时最高温度为4261K，且成功完成SLM成形。当速度下降到200mm/s时，液面凹陷，成形效果较差。

微观组织分析

以EBSD对SLM制造的单相BCC晶体结构的元素Nb样品的微观结构进行表征。结果显示，样品中存在典型的柱状晶，在平行于BD方向的平面上，柱状晶的尺寸达到30×500μm，在垂直于BD方向的平面上，等效圆直径小于120μm，平均值为41μm。Mo样品的EBSD图像与Nb样品高度相似，因此本部分仅讨论SLM制造的Mo样品的晶粒尺寸，其晶粒尺寸相对均匀且小于Nb样品。

讨论

本研究介绍如何利用数值模拟设计SLM加工参数，并且以EBSD显示SLM加工工件的微观组织。

本研究成功设计了Mo和NbMoTi合金的参数，并且证明数值模拟结果可以协助开发新合金的SLM参数设计，克服了设计高熵合金参数的困难。