西工大《JMST》丨增材制造共晶高熵合金实现超高强塑性匹配

近日，西北工业大学凝固技术国家重点实验室的苏海军等研究人员利用选区激光熔化（SLM）技术制备了高致密度AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金样品（屈服强度966 MPa，抗拉强度1271 MPa，延伸率22.5%），重点研究了工艺参数对其共晶组织和力学性能的影响，有望突破目前制备复杂结构件和高强塑难以兼顾的技术瓶颈，加快推进共晶高熵合金的工程化应用。

相关研究成果以“Unique strength-ductility balance of AlCoCrFeNi2.1 eutectic high entropy alloy with ultra-fine duplex microstructure prepared by selective laser melting”为题已于2022年9月在Journal of Materials Science & Technology (Impact Factor: 10.319) 期刊上发表。

共晶高熵合金通过实现微纳米尺度上的异质双相复合结构，有效调节了金属材料强度和塑性之间的矛盾，为金属材料的多尺度结构设计和强塑性研究提供了一个新的契机。目前制备共晶高熵合金的工艺以传统铸造为主，由于冷却速率较低，其制备的合金组织较为粗大，强度有限，且在制备复杂构件时，工艺复杂，成本较高，影响合金的工程化应用。与传统制造方法相比，选区激光熔化突破了复杂异形构件的技术瓶颈，能够实现复杂构件超细化微观组织与宏观结构的控性控形，为高性能复杂结构金属构件的低成本、短周期、近净成形提供了一体化解决方案。

                             

研究人员将选区激光熔化技术应用于制备共晶高熵合金，使用体能量密度（VED）综合表示激光快速成形过程中的激光能量输入对合金致密度的影响，发现合金试样致密度随激光体能量密度的增大呈现先升高后降低的趋势（图1）。由于SLM成形过程中极高的冷却速率和温度梯度，AlCoCrFeNi2.1沉积态样品呈现超细的晶粒组织，平均晶粒半径约为2.43µm。这一尺寸不仅远远小于其他工艺制备的共晶高熵合金，还小于同样使用SLM制备的其他合金（图2）。由于激光超快冷却速率获得的组织细化，选区激光熔化试样呈现强度和塑性的协同提升。当VED为141.41J/mm3时，合金的屈服强度达到966MPa，抗拉强度为1271MPa，延伸率为22.5%，呈现强度和塑性的最优结合（图3）。