【焦点】高熵合金 l 轻质难熔共晶高熵合金的组织及力学性能...l上海交大等

根据3D科学谷《当前的挑战和未来的研究方向 l 3D打印HEA高熵合金》一文，考虑到大多数增材制造技术在很短的时间内热源与粉末之间的相互作用体积非常小，结合与材料性能和冶金过程相关的多种参数，使得不同区域的观察和表征根据目前的实验技术，在熔池内非常困难。为了解决这个问题，应该考虑将涉及计算材料工程、机器学习技术和人工智能、计算机视觉和数据挖掘的综合分析和数值模拟方法引入这个3D打印HEA高熵合金有前途的研究领域。

本期，通过节选近期国内在高熵合金方面的实践与研究的多个闪光点，3D科学谷与谷友一起来领略的这一领域的研究近况。

©3D科学谷白皮书

2014-2024

增材制造VNbTiSi轻质难熔共晶

高熵合金的组织及力学性能

王俊锋1吴明旭2王舒滨1何毅1杨超1汪东红1疏达1孙宝德1

1. 上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室,上海交通大学材料科学与工程学院2. 中国航发商用航空发动机有限责任公司材料工程部

摘要：

高熵合金与增材制造技术的结合，为极端服役环境下结构复杂部件的一体化制造提供了新的思路。采用激光熔化沉积(LMD)技术成功制备了VNbTiSi轻质难熔共晶高熵合金，通过显微组织分析筛选出最佳激光功率参数，并对试样进行了室温及高温压缩性能测试。

结果表明：VNbTiSi轻质难熔共晶高熵合金表现出了优异的打印性能，最佳工艺参数下制备得到的样品在宏观和微观上均没有出现裂纹。在合金底面及沿构建方向，熔池内部与熔池边界(搭接处)均呈现出不同的形貌，熔池内部由柱状的全共晶组织构成，共晶胞为熔池边界出现较为粗大的(Nb, X)5Si3初生硅化物相。相比铸态组织，激光熔化沉积使得共晶组织的片层间距显著细化。增材制造合金不仅在1000℃下压缩强度可达640 MPa,在1100℃时依然能够保持高于500 MPa的压缩强度，高温压缩性能显著优于铸态VNbTiSi合金。

增材制造FeCoNiAl系

高熵合金的研究进展

孙沁瑶1杜大帆1董安平1赵凯2陈彪3孙宝德1

1. 上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室及上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室2. 上海航天设备制造总厂有限公司3. 西北工业大学凝固技术国家重点实验室

摘要：

FeCoNiAl系高熵合金在面心立方的FeCoNi基体中引入体心立方相稳定元素Al以及其他合金化元素,因此表现出独特的显微组织、力学性能和功能性,具有广阔的工业应用前景。近年来,增材制造技术为制造超细晶粒和儿何复杂的高熵合金零件提供了技术支持,引起研究人员的广泛关注。本文从打印工艺、显微结构、性能、缺陷和后处理等方面综述了增材制造FeCoNiAl系高熵合金的新进展。系统总结了几种典型增材制造技术,并讨论不同工艺下FeCoNiAl系高熵合金的晶体结构、显微组织及其相应的性能,阐述增材制造过程中与快速凝固和复杂热循环有关的缺陷形成机制。此外,介绍并总结几种旨在进一步提高FeCoNiAl系高熵合金性能的后处理方法。最后,展望增材制造高熵合金未来的研究方向,以解决面临的挑战,加快其在工业领域的应用。

激光熔覆FeCo0.5Cr Ni1.5B0.5Nb0.1

高熵合金涂层组织调控及耐磨耐蚀性能研究

张国松1,2王文超1刘涛1陈兵1张宗佳1

1. 山东科技大学机械电子工程学院2. 山东能源重型装备制造集团有限责任公司

摘要：

针对真空泵转子轴在实际工况中的表面磨损、腐蚀问题，采用激光熔覆技术在球墨铸铁(QT500-7)表面制备了FeCo0.5Cr Ni1.5B0.5Nb0.1高熵合金涂层，并研究不同激光扫描速度(300、400、500、600 mm/min)对涂层物相组成、显微组织、显微硬度、耐磨及耐蚀性能的影响。

结果表明，随着激光扫描速度的增加，涂层发生了局部相变，晶粒细化，晶间逐渐出现硼化物、碳化物沉淀，起到了析出强化作用。涂层显微硬度及耐磨耐蚀性能随扫描速度的增加先增加后降低。当扫描速度为500 mm/min时，涂层物相由FCC、Laves相和少量硼化物、碳化物组成，强韧兼具，涂层平均显微硬度最高，为632.3 HV0.2，大约为基体的2.75倍，且其具有最优的耐磨性和耐蚀性。

激光熔覆高熵合金涂层

组织和性能研究的进展

郭克星

宝鸡石油钢管有限责任公司

摘要：

高熵合金涂层性能优异，在航空航天等领域得到了广泛应用。综述了激光熔覆高熵合金涂层研究的新进展，包括激光熔覆工艺参数、合金成分、退火、超声表面滚压和超声冲击强化等。

研究发现：影响激光熔覆高熵合金涂层组织和性能的工艺参数为激光功率、扫描速率、激光能量密度、送粉电压和氧气流量等；对组织和性能有影响的合金成分为Cu、Nb、Co、Cr、Mo、Ti、W等；退火、超声表面滚压和超声冲击处理也对涂层组织和性能有影响。

Mn含量对激光熔覆FeCoCrNiMnx

高熵合金涂层高温摩擦学性能的影响

谢晓明1沈鹰2刘秀波1朱正兴1李明曦3

1. 中南林业科技大学材料表界面科学与技术湖南省重点实验室2. 南昌理工学院航天航空学院3. 湖南省农业装备研究所

摘要：

高熵合金涂层在提高钢基体的耐磨减摩性能方面具有巨大潜力，为探究不同Mn含量对激光熔覆FeCoCrNiMnx高熵合金涂层高温摩擦学性能的影响，利用激光熔覆技术成功在Q235钢表面制备了FeCoCrNiMnx (x=0，0.25，0.5，0.75，1.0)五种高熵合金涂层。并通过XRD、SEM和EDS等表征方法，以及高温摩擦磨损试验等性能测试手段，对涂层的相组成、微观形貌以及高温摩擦学性能进行了系统分析，并探讨了其在高温下的耐磨减摩机理。

结果表明：五种高熵合金均形成了简单的固溶体相，并无复杂相生成。相比于基材，五种涂层在高温下的耐磨减摩性能均得到显著提升。随着Mn含量的增加，涂层的平均摩擦系数呈先下降再上升的趋势，但均低于不含Mn元素的涂层。对于高温耐磨性能，五种涂层的磨损率随Mn含量的增加呈阶梯式下降。当x=1时，磨损率为最低的2.71×10-4 mm3/(N·m)，相比于基材和不含Mn元素的涂层分别降低了61.2%和33.9%。涂层在高温下的磨损形式由氧化磨损和磨粒磨损主导。

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