基于相工程策略的延性難熔高熵合金激光熔覆沉積制備

來(lái)源：中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)增材制造技術(shù)（3D打印）分會(huì)
供稿人：蔡江龍,、張航
供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2004年,，中國(guó)臺(tái)灣學(xué)者葉均蔚教授擺脫傳統(tǒng)合金的研發(fā)思路，提出了“多主元”合金的設(shè)計(jì)新理念�,！岸嘀髟焙辖鹜ǔＳ伤姆N或四種以上金屬元素以原子百分?jǐn)?shù)5%~35%固溶組成,，因此也被稱為高熵合金。高熵合金具有以下優(yōu)異性能：超高硬度,，高強(qiáng)度和高延展性,，杰出的熱穩(wěn)定性，良好的耐磨性,，耐腐蝕性,，良好的抗氧化性等。難熔高熵合金（Refractory High Entropy Alloys, RHEAs）是由高熔點(diǎn)元素W,、Ta,、Nb、Mo,、Hf,、Re等組成的高熵合金，其特點(diǎn)是高強(qiáng)度,、高密度,。相對(duì)于常規(guī)高熵合金而言，其在高溫下仍能保持高強(qiáng)度,，且具有良好的熱穩(wěn)定性,。因此，RHEAs的研究對(duì)航空航天領(lǐng)域的發(fā)展有重大意義,。

然而,，RHEAs高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度,、高硬度優(yōu)勢(shì)也造成其采用傳統(tǒng)的冶金,、鑄造、機(jī)械加工等技術(shù)難以甚至無(wú)法成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件,。激光熔覆沉積（LCD）技術(shù)是一項(xiàng)快速發(fā)展的激光增材制造技術(shù),，可實(shí)現(xiàn)RHEAs的高自由度制備。材料本身的脆性和LCD高溫度梯度的成形方式使得RHEAs的室溫延展性極差,，因此提高RHEAs的延展性是解決其無(wú)法投入應(yīng)用市場(chǎng)的關(guān)鍵,。浙江大學(xué)和湖南大學(xué)Shuyuan Gou等采用LCD制備了TiZrHfNbx(x= 0.6, 0.8, 1.0) RHEAs。增加Nb含量可以穩(wěn)定BCC相,，抑制ω相的形成,。這種階段工程策略將力學(xué)性能從脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂。結(jié)果顯示,，LCD制備的TiZrHfNb合金的室溫拉伸屈服強(qiáng)度為1034 MPa,，延展性為18.5%,。固溶強(qiáng)化有助于提高拉伸屈服強(qiáng)度，局部化學(xué)成分波動(dòng)促進(jìn)位錯(cuò)相互作用,，產(chǎn)生較大的延性,。這一研究解決了LCD制備RHEAs延展性差的問(wèn)題。

圖1 LCD制備的TiZrHfNb合金的相和組織

圖2 LCD制備的TiZrHfNbx(x= 0.6, 0.8, 1.0)合金的力學(xué)性能以及斷口形貌

采用LCD成形延性RHEAs技術(shù)對(duì)核工程,、航空航天,、武器裝備等領(lǐng)域耐高溫核心構(gòu)件制造具有突出優(yōu)勢(shì)，為這些零件的制造帶來(lái)顛覆性的創(chuàng)新思路,。對(duì)該技術(shù)的材料和工藝開展基礎(chǔ)研究具有重要科學(xué)意義和工程價(jià)值,，為我國(guó)高端裝備制造提供堅(jiān)實(shí)保障和技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：
Shuyuan Gou, Mingyu Gao, Yunzhu Shi, Shunchao Li, Youtong Fang, Xinhuan Chen, Huaican Chen, Wen Yin, Jiabin Liu, Zhifeng Lei, Hongtao Wang, Additive manufacturing of ductile refractory high-entropy alloys via phase engineering, Acta Materialia, Volume 248, 2023, 118781,ISSN 1359-6454,https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118781.