上海大學(xué)增材制造頂刊：突破傳統(tǒng)，層間暫停策略提升共晶高熵合金性能！

來源：上大材料

共晶高熵合金（EHEAs）因其獨特的異質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出良好的強度和延展性結(jié)合。傳統(tǒng)方法（真空電弧熔煉、鑄造、粉末冶金）制備EHEAs容易出現(xiàn)孔洞、宏觀偏析、微觀結(jié)構(gòu)粗大等缺陷，直接制造具有高幾何復(fù)雜性和精細(xì)特征的零件極具挑戰(zhàn)性。激光定向能量沉積（LDED）技術(shù)是增材制造制備EHEAs的理想選擇。然而，目前LDED技術(shù)制備AlCoCrFeNi2.1 EHEA的研究較少，且合金的強度-延展性仍難以滿足實際工程應(yīng)用，盡管后續(xù)處理可改善合金性能，但會增加生產(chǎn)周期和成本。

近日，材料學(xué)院無序合金團(tuán)隊針對當(dāng)前LDED技術(shù)制備的AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金（EHEAs）并未表現(xiàn)出令人滿意的強度-延展性組合這一難題，提出了一種簡單、新穎的層間暫停策略，可原位調(diào)控共晶片層的微觀組織結(jié)構(gòu)，以增強合金的強度和延展性。相關(guān)成果以題為“Laser directed energy deposited eutectic high entropy alloy with tailored lamella structure via interlayer pause strategy”發(fā)表在增材制造領(lǐng)域國際頂級期刊《Additive Manufacturing》（中科院一區(qū)Top期刊，IF=10.3）。何洲洋碩士研究生為論文第一作者，卞西磊副研究員（導(dǎo)師）、賈岳飛博后為共同通訊作者。該項研究得到了國家自然科學(xué)基金，上海市自然科學(xué)基金，西工大凝固技術(shù)國家重點實驗室開放課題，上海市教委創(chuàng)新計劃，國防科技173計劃，中國載人航天工程空間利用系統(tǒng)項目和上海市科技創(chuàng)新計劃等項目的資助。

基于LDED層間暫停策略原位調(diào)控EHEAs微觀結(jié)構(gòu)：LDED示意圖（a）；不同層間暫停時間的片層厚度比較圖（b）和拉伸工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線（c）；層間暫停60 s樣品的TEM表征（d）和APT表征（e）。

研究表明，層間暫停策略可顯著細(xì)化共晶片層結(jié)構(gòu)，與無層間暫停的情況相比，暫停60s樣品的片層結(jié)構(gòu)細(xì)化程度提高近40%，合金的抗拉強度提高~14%，均勻伸長率提高~47%。通過SEM、EBSD、TEM和APT等表征手段進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，細(xì)化的共晶片層結(jié)構(gòu)提升了異質(zhì)變形誘導(dǎo)（HDI）強化和應(yīng)變硬化能力，能夠有效緩解應(yīng)力集中，從而延遲斷裂并保持塑性。本研究中提出的層間暫停策略為通過LDED增材制造工藝開發(fā)具有原位可調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)、優(yōu)異機(jī)械性能的高熵合金提供了一種簡單而有效的方法，為其工程應(yīng)用開辟了新的可能性。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104471