SLM制備CoCrFeNiMn高熵合金的分層組織及強(qiáng)化機(jī)理

供稿人:程子豪、張航

高熵合金(High entropy alloy, HEAs)以其新穎的合金設(shè)計(jì)理念和優(yōu)異的力學(xué)性能自問世以來受到了廣泛的關(guān)注。CoCrFeNiMn作為一種具有代表性的高熵合金，已經(jīng)得到了廣泛的研究。這種高熵合金的一個(gè)有趣的特性是其在低溫下的斷裂韌性，使其成為低溫結(jié)構(gòu)材料的候選材料。目前高熵合金的制備主要依賴于傳統(tǒng)的熔融或鑄造方法，在成本和實(shí)際應(yīng)用效率方面存在很大的局限性。增材制造(Additive Manufacturing, AM)基于其凈形制造能力和設(shè)計(jì)自由度的優(yōu)勢(shì)，可以直接從CAD模型中獲取具有復(fù)雜幾何形狀的零件。在各種AM方法中，選擇性激光熔煉(SLM)技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并被用于工程材料的制備。

新加坡制造技術(shù)學(xué)院和悉尼大學(xué)的Zhu和An等人通過SLM成功地制備了一種近全致密CoCrFeNiMn高熵合金。所構(gòu)建的樣品呈現(xiàn)出分層結(jié)構(gòu)，包括熔池、柱狀顆粒、亞微米細(xì)胞結(jié)構(gòu)和位錯(cuò)（圖1）。與傳統(tǒng)方法相比，在預(yù)制試樣中獲得了高強(qiáng)度和高延性的優(yōu)異組合（圖2）。

圖1 (a) OM，(b) 正面SEM圖像，(c) 蜂窩結(jié)構(gòu)的SEM圖像，(d) 正面的EBSD圖，(e) 疊加HAGBs(藍(lán)線)和LAGBs(紅線)的EBSD圖像質(zhì)量圖，(f) 正面KAM圖，(g) 具有SAED模式的蜂窩結(jié)構(gòu)的明場STEM圖像，(h) 由(g)中的正方形示出區(qū)域的明場STEM圖像和該區(qū)域的元素分布圖

圖2 (a) EBSD圖，(b) KAM圖，(c d) 預(yù)制試樣拉伸斷裂的明場STEM圖
定量分析表明，位錯(cuò)硬化對(duì)材料強(qiáng)度的提高起著重要作用，而非晶界強(qiáng)化。良好的塑性與復(fù)雜位錯(cuò)活動(dòng)控制的穩(wěn)定應(yīng)變硬化有關(guān)。

參考文獻(xiàn)：
1.Zhu Z G , Nguyen Q B , Ng F L , et al. Hierarchical microstructure and strengthening mechanisms of a CoCrFeNiMn high entropy alloy additively manufactured by selective laser melting[J]. Scripta Materialia, 2018, 154:20-24.

供稿人:程子豪、張航 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室