華中科技大學柳林教授團隊：增材制造高熵合金復(fù)合材料綜述

來源：中國有色金屬學報

高熵合金復(fù)合材料因其具有優(yōu)異的綜合力學性能而吸引了研究者們廣泛的關(guān)注，但高熵合金大多是固溶體，熔體流動性差，鑄造成形較為困難。增材制造技術(shù)是一種逐層堆積的成形技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的直接成形。因此，近年來越來越多的研究工作開始聚焦于應(yīng)用增材制造技術(shù)制備高熵合金及其復(fù)合材料，這些研究將為高熵合金及其復(fù)合材料的成形加工及其工程化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

《中國有色金屬學報（英文版）》中刊登的Additive manufacturing of high-entropy alloy composites: A review 一文，對增材制造高熵合金復(fù)合材料的最新進展進行了系統(tǒng)性的總結(jié)和評論，包括粉末制備、微觀組織結(jié)構(gòu)、力學性能等，并對增材制造高熵合金復(fù)合材料目前存在的問題和未來的發(fā)展方向進行了討論和展望。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1003632622660862


增材制造技術(shù)是一種新型的加工方式，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形狀零件的直接成形。用于高熵合金復(fù)合材料的增材制造技術(shù)主要有兩種，粉床熔融增材制造（LPBF）技術(shù)（圖1）和直接能量沉積增材制造（DED）技術(shù)（圖2）。

圖1 粉床熔融增材制造技術(shù)：（a）激光粉床熔融技術(shù)；（b）電子束粉床熔融技

圖2 直接能量沉積增材制造技術(shù)：（a）金屬絲為原料；（b）粉末為原料

粉床熔融增材制造技術(shù)以激光或電子束為能量源，在成形過程中，能量源在計算機控制下選擇性地熔化單層粉床上的部分區(qū)域，該區(qū)域固化后逐層堆積并最終獲得了所需要的零件。該技術(shù)具有加工精度高、冷卻速度快、組織結(jié)構(gòu)精細、成分均勻等優(yōu)點，適合高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形。而直接能量沉積增材制造技術(shù)是以激光、電子束、電弧為能量源，以金屬粉末或金屬絲為原料，金屬原料被熔化成熔滴后按一定順序堆積成所設(shè)計形狀的零件。該技術(shù)成形速度快，適合大尺寸零件的加工，但其成形精度不及粉床熔融增材制造技術(shù)，往往需要后續(xù)的機械加工才能達到目標精度。增材制造技術(shù)的出現(xiàn)為大尺寸、復(fù)雜形狀的高熵合金復(fù)合材料零件的直接成形提供了便利。相比于傳統(tǒng)的鑄造成形技術(shù)，高能束增材制造技術(shù)能夠有效地抑制高熵合金及其復(fù)合材料的成分偏析、細化晶粒，同時在晶粒內(nèi)部形成獨特的亞結(jié)構(gòu)（如胞狀組織等），這些特點使成形件獲得更好強韌性（圖3），更高的硬度和耐磨性等。

圖3增材制造高熵合金復(fù)合材料的力學性能對比：（a）屈服強度-延伸率；（b）抗拉強度-延伸率

研究結(jié)論
增材制造高熵合金復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩個方面均具有廣闊的應(yīng)用前景，但該領(lǐng)域的發(fā)展并不成熟，仍存在諸多尚未解決的問題。今后的研究需重點關(guān)注以下幾個方面：
1）復(fù)合材料低溫至高溫下不同溫度的力學性能及其變形機理；
2）后處理對高熵合金復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和力學性能的影響；
3）復(fù)合材料的斷裂韌性、疲勞、高溫蠕變等服役性能研究；
4）輕質(zhì)高熵合金復(fù)合材料、難熔高熵合金復(fù)合材料的增材制造。

引用格式
OSMAN Hamza, LIU Lin. Additive manufacturing of high-entropy alloy composites: A review[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2023,33(01):1−24

研究團隊

團隊負責人：柳林教授

華中科技大學材料科學與工程學院柳林教授團隊是材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室的首席教授團隊，主要從事非晶合金、高熵合金及其它新型金屬材料的制備、成形、結(jié)構(gòu)與性能的研究，以基礎(chǔ)研究為主，同時注重研究成果的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用。目前有固定工作人員4人（其中教授3名、副教授1名）。在研博士后4名，在讀博士、碩士研究生20余名，是一支由中青年研究人員為主體的勤奮務(wù)實的研究團隊。研究室研究方向包括：1）先進金屬材料研發(fā)（非晶合金、高熵合金、新型高溫合金等）；2）先進金屬材料智能成形技術(shù)（激光3D打印、超音速熱噴涂、冷噴涂、磁控濺射）；3）先進金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能；4）納米多孔金屬材料及其催化性能；5）先進金屬材料的NMR研究。研究室獨立擁有完善的材料制備、結(jié)構(gòu)表征和性能測試實驗平臺。研究室先后承擔國家973課題、國家重點研發(fā)計劃、國家基金委重大研究計劃、重大項目、重點基金、總裝預(yù)研重點項目等重要課題數(shù)十項。團隊成員已在Nature、Nat Comm、Sci Adv、 Acta Mater、Corr Sci等材料科學與工程領(lǐng)域的重要學術(shù)期刊上發(fā)表論文300余篇，獲國家發(fā)明專利30余項。研究成果先后獲教育部自然科學獎二等獎2項、重慶市自然科學獎二等獎1項及湖北省自然科學獎三等獎1項。

第一作者：博士生Hamza OSMAN