选区激光熔化(SLM)属于金属增材制造(AM)的粉末床熔合技术，具有生产有精细表面光洁度的零件、具有广泛的材料库和制造复杂几何形状的独特优势。除了这些好处外，最近还证明，与传统同类产品相比，它具有制造具有优异机械性能的部件的潜力。然而，尽管全世界不断努力，SLM中使用的原料主要由商业工程材料组成。面向金属增材制造的材料开发仍然有限，这不可避免地阻碍了其工业应用。因此，为SLM工艺部署新的金属和合金势在必行。高熵合金(HEA)是一类相对较新的合金，通常具有等摩尔或接近等摩尔比例的多种主要元素，通常为5种或更多。一些HEA在低温韧性、强度-延展性组合、离子辐射、耐腐蚀性、损伤容限和抗疲劳性方面表现出卓越的性能。CoCrFeNi基合金是研究最广泛的HEA系列之一。因此，学术界和工业界都对通过SLM实现HEA材料的高质量打印非常感兴趣。
目前，研究人员已经使用SLM工艺打印了一些基于CoCrFeNi的HEA。然而，发现在正常加工条件下，SLM构建的CoCrFeNi表现出较差的拉伸性能（例如，极限拉伸强度（UTS）为~480MPa，伸长率仅为~8%）。添加碳可以将其极限拉伸强度提高到~800MPa，但与延伸率为~80%的铸造样品相比，延伸率仍低于15%。对于SLM处理的CoCrFeNiMn，可以采用热等静压(HIP)来提高致密化。所有这些都表明HEA可能容易受到热撕裂或其他构建缺陷的影响，而这些缺陷在之前的研究中并没有引起足够的重视。而且，之前的工作假设机械性能差主要是由于未优化的工艺参数引起的内部缺陷，而尚未报告热裂问题。最近，在金属增材制造中越来越多地观察到热撕裂现象。但是，大多数情况仅限于高温合金。这主要是由于分离引起的沉淀和/或液膜形成。通过成分修改和纳米颗粒添加等措施，可以最大限度地减少开裂。然而，目前尚不清楚(i)SLM构建的HEA中发生热撕裂的程度，以及(ii)由于HEA通常具有单相微结构，导致热撕裂发生的原因。上述两个问题对于提高金属增材制造中HEA的可打印性至关重要。 
Graphical abstract
新加坡南洋理工大学的学者研究了通过选区激光熔化增材制造的高熵合金CoCrFeNi的热裂机制。结果表明：无论使用如何参数，晶间热裂纹都存在，这表明该合金的激光打印适性差。而大晶粒尺寸引起的严重残余应力是晶间开裂的根本原因。相关研究以“Revealing hot tearing mechanism for an additively manufactured high-entropy alloy via selective laser melting” 为标题发表在《Scripta Materialia》期刊上。 在SLM250HL系统（SLMSolutions，德国）上使用气雾化预合金等摩尔CoCrFeNi粉末（~20-63μm）。为了研究材料的三维(3D)可打印性，测试了各种加工参数。首先，通过保持激光功率恒定，能量密度在50到180J/mm3之间变化。构建了60个具有各种加工参数的样品。没有样品的相对构建密度高于99%。最佳工艺参数集包括激光功率150W、扫描间距100μm、扫描速度270mm/s、层厚50μm。它产生了98.7%的相对密度。其次，部署了两种不同的扫描策略，即棋盘和条纹/双向，具有不同的扫描长度。对于棋盘扫描策略，激光扫描随机发生在棋盘内以最小化残余应力。代表性的“C”样本（通过棋盘扫描）和“S”样本（通过条纹扫描）分别使用2.5毫米和2毫米的条带尺寸构建。
图1(a)和(b)显示了C和S样品沿构建方向的横截面图像。可以清楚地注意到裂缝的存在。图1(c)-(f)显示了C和S样品中具有许多晶间裂纹的粗晶微观结构。图1（g）和（f）说明了这项工作中采用的相应棋盘和条纹扫描策略。值得注意的是，SLM构建的CoCrFeNi样品的晶粒尺寸非常大，柱状晶粒可以外延生长到~3mm长和~200μm宽。相比之下，SLM工艺下，AlSi10Mg通常生成小于0.1mm的晶粒长度，而SS316L、Inconel625和CoCrMo生成约0.2mm的晶粒长度。一种非常接近的匹配是晶粒长度约为2mm的纯钼，它也存在广泛的晶间开裂。众所周知，缺乏用于晶粒成核的合金含量会导致金属和合金中形成大尺寸晶粒。因此，CoCrFeNi和纯钼在AM工艺的快速凝固过程中可能会经历有限的结构过冷，从而导致大的柱状晶粒。此外，还发现外延晶粒生长在增材制造期间由于连续层之间重叠不足而发生的未熔合裂纹的外围被破坏。然而，红色圈出的小球形孔隙对晶粒生长几乎没有影响。球形孔主要是在凝固的最后阶段形成的，这是由于随着熔融金属冷却，气体溶解度降低。因此，外延柱状晶粒生长不太可能受到影响。两个样品都表现出强烈的<011>晶体结构。通过与OM图像进行比较，随机选择了约70个裂纹进行详细的EBSD研究。结果发现，所有裂纹都是晶间裂纹，并且大多数相邻晶粒的取向差在40到50°之间。 
图 SLM构建的CoCrFeNi的OM图像，具有(a)棋盘（表示为C）和（b）条纹（表示为S）扫描策略。EBSD IPF色图相对于(c)C样本和(d)S样本的选定区域的构建方向。未融合裂纹和球形孔分别以黑色和红色圆圈突出显示。(e)和(f)放大的EBSD带对比度图像和IPF彩色图分别显示C和S样品中的晶间裂纹。(g)和(h)分别为SLM过程的棋盘和条纹扫描策略示意图
拉伸试验结果表明，C和S的屈服强度（YSs）分别为556.7±23.6和572±7.5MPa，UTS分别为676.7±20.5和691.0±15.9MPa，伸长率分别为12.4±2.1%和17.9±0.9%样品，这已被证明优于以前具有相同层厚度的工作。此外，与C样品相比，S样品在强度和延展性方面表现更好，偏差更小。 
