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综述：高熵合金的增材制造（四）(3)
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摘要：合理的HEA成分设计直接来源于服役环境中期望的机械性能。下图9显示的是AM制造的HEAs的强度-韧性关系图。采用AM制造的HEAs同制造的铸造产品相比较，呈现
合理的HEA成分设计直接来源于服役环境中期望的机械性能。下图9显示的是AM制造的HEAs的强度-韧性关系图。采用AM制造的HEAs同制造的铸造产品相比较，呈现出优异的机械性能，这是因为包括晶粒细化、固溶强化、析出强化和应变强化的协同效果。对于某一特定的化学成分，AM制造的HEAs的机械性能可以同热机械处理的部件相当，如下图9所示的, CoCrNi和 CoCrFeMnNi HEAs 。显微组织和相组成显著的影响着AM制造的HEAs部件。图10为不同的AM制造工艺得到的样品的极限拉伸强度Vs延伸率的情况。例如， Nartu 等人的研究表明 是一种析出硬化型的HEA，此时他们观察到在沉积样品中存在一个早期的双倍的屈服强度。而且，产品经在激光3D打印过程中存在着不同的扫描和沉积方向，从而经受着着不同的热稳固梯度，从而导致显著不同的相演变和材料的显微性质不同。这就提供了材料在机械性能上的不同，如报道的 和 AlxCoCrFeNi HEAs就是如此。Joseph等人报道了 AlxCoCrFeNi HEA在拉伸和压缩变形过程中存在非对称的行为。他们发现 HEA 的机械行为的各向异性是大量的巨大的柱状晶和强的织构在DLD过程中所发展起来的直接结果。他们发展了沿着〈001〉方向的织构，看起来在拉伸时具有较弱的孪生方向，但在孪生诱导的压缩方向较强。此外，扫描策略在织构的发展上具有巨大的影响，柱状晶、残余应力和沉积样品中的裂纹敏感性等方面也是如此。尤其是，典型的SLM制造的样品中的柱状晶可以非常容易的通过扫描策略的变化来揭示，这是因为在层中和层外的分支造成的。这些是在SLM制造的样品中的机械性能不同的原因的解释。
▲图9. 不同的AM技术打印的不同的HEAs的极限拉伸强度和屈服强度Vs延伸率的总结图
▲图10. 不同的AM工艺得到的样品的极限强度Vs延伸率（TS：Tensile，CP：Compression）
3.?结论与展望
当前的AM技术制备高熵合金进行了综述，焦点放在了采用不同的MA技术进行材料加工的工艺和得到的显微组织-性能的关系上。在AM过程中的快速加热和快速冷却导致了显微组织的细化和得到优异的机械性能。尤其是，AM制造的HEAs的非平衡的本性极大的抑制了有害的析出脆性相的析出和帮助了在凝固中简单的固溶相的保留。作为所有的能量束的AM技术的一个常见的特征，传热在制造方向通过现有的沉积层是非常高的。这一各向异性的传热制造出柱状晶且方向择优沿着制造方向形成择优织构和随后的沉积的HEAs中存在各向异性。此外，激光功率和扫描策略可以有效的改变织构、热残余应力、裂纹敏感性和柱状晶结构通过层间和层外边缘的分支在AM技术制造的时候发现。
通常来说，沉积的CoCrFeNi和 CoCrFeMnNi HEAs的晶化在不管是采用何种AM技术的时候，都存在单一的fcc固溶相。沉积的CoCrFeNi 和CoCrFeMnNi HEAs 呈现出在低温下显著的优异机械性能，尽管有广泛的机械性能，尤其是延伸率，被报道样品在室温下也比较优异。此外，这些合金呈现出热裂纹敏感性，几乎所有的SLM工艺参数下都会发生，这主要取决于制造合金的晶粒尺寸。所有这些就造成在沉积态的样品中诱导出不同水平的内部缺陷的生成。因此，需要非常小心的来制造 CoCrFeNi为基础的 HEAs以得到重复的性能。变形机制主要取决于在晶界处的位错网和它同其他内部位错的相互作用。变形孪生对在低温环境下的高应变起到决定作用。CoCrFeNi HEA的可打印性能和腐蚀抗力在引入少量的第五元素，如Mo或Nb之后会得到增强。
在AM过程中进行合金化仍然面临着巨大的挑战，这是因为一些关键的问题没有解决，诸如元素的分离和偏析，粉末的混合效率和不同元素的熔点等。后者可以导致在混合难熔粉末的时候存在严重的问题，比较典型的是组成元素具有比较大的熔点差异的时候。尽管有一些报道是关于采用AM技术来原位合金化难熔HEAs，主要是DLD技术，仍然存在一些关键问题没能解决。一些冶金缺陷的存在，如气孔和晶间裂纹、元素偏析、同原始粉末的化学成分的偏离和热裂纹等是最为常见的AM制造HEAs的缺陷。当谈到合成难熔涂层的薄膜的时候，自基材的稀释也应该给予考虑。难熔HEAs的脆性的本质增加了在AM工艺制造时由于快速冷却造成的裂纹形成的风险。在不同的难熔HEAs中，无裂纹的块体TiZrNbHfTa 曾经采用DLD工艺实现了成功的制备，这是因为它在室温下具有适宜的韧性。除了制造工艺之外，沉积的样品的高温稳定性（以及抗高温氧化）和高温蠕变性能和疲劳性能也需要进行评估以实现它们在高温场合中的应用并实现替代Ni基高温合金。此外，深入的理解和量化制造的难熔HEAS的非平衡状态下的高温扩散是另外一个研究话题，这需要提出以应用来发展AM打印的HEAS的可靠打印。
文章来源：《硬质合金》 网址: http://www.yzhjzzs.cn/zonghexinwen/2021/0908/589.html