韩国仁荷大学顶刊丨优异的高温蠕变性能！激光粉末床熔融沉淀硬化高熵合金
摘要
韩国研究团队利用激光粉末床熔融增材制造技术和热处理，成功制造了含碳的CrMnFeCoNi高熵合金纳米复合材料。该材料具有均匀分布的纳米碳化物析出物和异质结构晶粒，显著提高了高温抗蠕变性能。这种材料在高温下表现出卓越的稳定性，为飞机、航天器等关键部件提供了新的制造解决方案。研究成果已发表于《Materials & Design》期刊。
近日，韩国仁荷大学材料科学与工程系和韩国材料科学研究所 (KIMS) 的研究团队通过激光粉末床熔融 (LPBF) 工艺结合后续热处理增材制造含碳 CrMnFeCoNi 高熵合金 (C-HEA) 纳米复合材料。热处理步骤不仅会产生异质结构晶粒，而且会在晶粒和子结构边界处产生均匀分布的纳米碳化物析出物。与其他 CrMnFeCoNi HEA高熵合金相比，通过激光粉末床熔融 (LPBF) 工艺制造的C-HEA高熵合金表现出优异的高温抗蠕变性能。
相关研究成果以题为“Superior resistance to high–temperature creep in an additively manufactured precipitation–hardened CrMnFeCoNi high–entropy alloy nanocomposite” 发表在著名期刊Materials & Design上。
Graphical abstract
研究结果表明，尽管蠕变行为主要由缓慢的元素扩散主导，但其抗蠕变性并不优于其他 FCC 结构的金属材料。因此，为了进一步提高HEA的高温机械性能，需要额外的后处理或添加合金元素，但这些补救措施会增加成本并使制造过程复杂化。在这种情况下，有希望的解决方法是向 HEA 添加具有成本效益的间隙原子，同时可以优化组件的几何形状。
金属增材制造（AM）技术能够制造具有净形状的高性能金属产品，并为设计具有更复杂几何形状的组件和强化材料结构提供无限可能性。在适用于金属零件制造的增材制造技术中，选区激光熔融（SLM）金属3D打印技术不仅可以最大限度地提高几何形状的自由度，还可以最大限度地提高机械性能。
(a) SEM显微照片和相应的EDS元素映射图像；(b) EBSD IPF 图显示了分层和异质晶粒结构。 (c1) 高倍率 EBSD IPF 图像和 (c2) GND 分布图
在目前的工作中，研究团队研究了增材制造的含碳 CrMnFeCoNi HEA 的高温蠕变和蠕变变形行为，并随后进行了热处理。具体来说，这项研究重点关注定制的微观结构如何影响高温蠕变阻力和高温下微观结构的演变。研究团队发现，稳定的亚晶强烈阻碍位错运动和微观结构演化，从而产生优异的抗蠕变性。
蠕变寿命-应变曲线
1) 含碳 CrMnFeCoNi HEA 的增材制造工艺和后续热处理不仅形成了具有位错网络亚结构的异质结构晶粒，而且在晶粒和亚晶界处形成了均匀分布的碳化物。
2) 激光粉末床熔融 (LPBF) 工艺加工的C-HEA 的高温抗蠕变性能优于 CrMnFeCoNi 高熵合金。C-HEA 的蠕变速率比传统加工的 HEA 低两个数量级。
3) 详细的微观结构观察证实，稳定的亚晶粒诱导了极度锯齿状晶界的形成，从而进一步强化了亚晶粒，并抑制了高温蠕变过程中的再结晶，从而产生了优异的抗蠕变性。
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