东北大学丨选区激光熔化增材制造高熵合金的组织与力学性能研究
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研究背景及目的
虽然国内外专家学者们通过激光熔覆的方法制备了不同高熵合金涂层，并且对涂层的制备工艺、组织和性能进行了一定研究，但利用选区激光熔化技术制备FeCoNiCrAlx系高熵合金块体的制备工艺以及其组织和机械性能方面的研究较少。针对SLM制备的高熵合金，研究其微观组织，分析缺陷，优化激光工艺参数，从而制得高成形质量及性能的高熵合金样品。
图1 选区激光熔化过程
论文链接:
Microstructure and mechanical properties of FeCoNiCrAlx high-entropy alloys by selective laser melting. Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers, 2023, 2(1): 100069.
https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2023.100069
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论文亮点
1. 分析了粉末粒径、元素含量、以及工艺参数等因素对选区激光熔化FeCoNiCrAlx系高熵合金的微观组织的影响及影响规律。
图2 FeCoNiCrAl0.5高熵合金(粗粉)的微观结构:(a)顶部，(b)中部，(c)中下部，以及(d)底部
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试验方法
选用直径50~150μm和30~50μm两种粗细粒径的金属粉末制备FeCoNiCrAl0.5高熵合金试件，选用30~50μm的粉末制备FeCoNiCrAl0.8高熵合金试件。选取实验变量激光功率为250~400W、扫描速度200~800mm/s和扫描间距为50~80μm设计单因素实验，通过对试件微观组织、硬度、拉伸性能分析，比较激光功率、扫描速度和扫描间距对组织性能及成形质量的影响规律，探究选区激光熔化制备高熵合金的成形机理。
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结果
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结论
1. FeCoNiCrAl0.5与FeCoNiCrAl0.8高熵合金试件顶部到底部主要分布的晶相组织分别是等轴晶、柱状晶、枝晶，细粉制备的试件中部柱状晶含量较少，底部的枝晶尺寸更大。FeCoNiCrAl0.8试件等轴晶更细小，柱状晶含量减少，枝晶占比增多且尺寸更大。
2. 随着激光功率增大，试件顶部等轴晶尺寸更细小，且占比减少，试件底部组织中枝晶占比增多，尺寸不断增大；随着扫描速度增加，高熵合金试件底部组织中枝晶尺寸减小、宽度变窄；扫描间距对高熵合金试件微观组织影响较小。
3. 随着激光功率和扫描间距的增加，三种高熵合金试件硬度均呈现先增大后减小的趋势；随着扫描速度增大，高熵合金试件的硬度均不断增大。细金属粉末制备的FeCoNiCrAl0.5高熵合金试件的拉伸性能较好，FeCoNiCrAl0.8高熵合金试件次之，粗粉制备的FeCoNiCrAl0.5高熵合金较差。
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前景与应用
选区激光熔化FeCoNiCrAlx系高熵合金是一种具有广泛应用前景的新型材料。该材料具有优异的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能，适用于航空航天、汽车制造、船舶制造等领域。同时，选区激光熔化技术是一种高精度制造技术，可以制造出复杂形状的零部件，为制造业发展带来了新的机遇。因此，研究选区激光熔化FeCoNiCrAlx系高熵合金的前景广阔，将有助于推动材料科学和制造技术的发展。
近年团队发表文章
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[2] Xuelong Wen*, Chengbao Wang, Yadong Gong, Wenbo Liu. Microstructure and mechanical properties of FeCoNiCrAlx high-entropy alloys by selective laser melting[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers,2023, 2:100069.
[3] Xuelong Wen*, Fengbing Han, Yadong Gong. Experimental research on preparation of TiC coated micro-grinding tools and influencing factors of coating properties[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2022, 36: 4171-4183.
[4] Chengbao Wang, Xuelong Wen*, Yadong Gong, Fuqiang Sun. Experimental Research on Preparation and Grinding Surface Quality of Coated Micro-Grinding Tools[J]. Journal of Materials Engineering and Performance,2022, 31:9510–9521.
[5] 温雪龙, 韩凤兵, 巩亚东, 黄雄俊. 沉积时间对真空离子镀TiC涂层微磨具表面性能的影响[J].东北大学学报(自然科学版),2022,43(06):857-863.
[6] 温雪龙, 李佳育, 李欣妍. TiC涂层微磨具磨削表面质量影响因素 [J].东北大学学报（自然科学版）,2022,43(4):534-540.
