上海交通大學：高熵合金增材制造研究進展

來源：增材研究

增材制造（AM）高熵合金（HEA）因其優(yōu)異的性能而受到廣泛關(guān)注,。上海交通大學陳彬博士回顧了HEA AM的進展，包括各種AM技術(shù),，包括選擇性激光熔化（SLM）,、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、選擇性電子束熔化（SEBM）,、定向能沉積（DED）,、粘合劑噴射（BJT）、直接油墨書寫（DIW）和添加劑攪拌摩擦沉積（AFSD）,。此外,，該研究還討論了AM中使用的粉末和線材、AM加工HEA的后處理以及這些合金的機械和腐蝕性能,。

選擇性激光熔化（SLM）

圖1.典型SLM工藝示意圖,。

Y.Brif等人的研究表明，SLM等原子FeCoCrNi可以獲得均勻的單相FCC固溶體,。通過在合金中引入1.8at.%的氮,，與未摻雜合金相比，強度和延展性都得到了顯著提高,。N摻雜的HEA表現(xiàn)出抗拉強度和伸長率的卓越組合,，超過了許多其他單相FCC HEA。

在K.Zhou等人研究中,，SLM處理的Ni2.1CoCrFeNb0.2在時效處理后表現(xiàn)出FCC基體內(nèi)γ〃相的隨機分布,。隨著時效時間的增加，γ〃相的體積分數(shù)也隨之上升,，這顯著提高了拉伸強度,。

在SLM工藝中， CoCrFeMnNi HEA可以由單個BCC或單個FCC相組成,。沿構(gòu)建方向顯示出復(fù)雜的分層微觀結(jié)構(gòu),。這種微觀結(jié)構(gòu)包括納米晶粒的產(chǎn)生、元素偏析,、沉淀現(xiàn)象,、蜂窩狀位錯結(jié)構(gòu)、變形孿晶和變形引發(fā)的相變,。

M.Jin等人的研究揭示了CrMnFeCoNi凝固過程中的偏析模式,。具體來說，Cr,、Co和Fe在凝固單元的核心積累,，而Mn和Ni則傾向于向單元邊界偏析。

N.Choi等人探討了AM處理的CoCrFeMnNi HEA中一般高角度晶界（HAGB）的非平衡狀態(tài),，這些晶界表現(xiàn)出類似于嚴重塑性變形材料的非平衡狀態(tài),。

CoCrFeMnNi中的氧化物顆粒被鑒定為Mn2O3和MnO,。Mn2O3相最有可能是由于元素Mn粉末的氧化物表面重熔造成的，而MnO顆粒應(yīng)該是由于AM過程中Mn和O之間的原位氧化反應(yīng)造成的,。氧化物不僅可以提高強度,，還可以增強抗蠕變性。增強的強度主要歸因于位錯硬化和納米級氧化物,。

R.Li等人報告稱,，SLM處理的CoCrFeMnNi HEA顯示出獨特的微觀結(jié)構(gòu)特征，包括納米孿晶和四方σ相,，通過晶粒細化和協(xié)同強化效應(yīng)顯著提高了合金的力學性能,。

P.Litwa等人證明了CrMnFeCoNi合金優(yōu)于AISI 304L的可加工性，這歸因于其塑性行為具有相當大的延展性和足夠的強度,。

J.Guo等人研究了SLM加工的CoCrFeMnNi HEA的可加工性,，評估了各種加工工藝對表面和亞表面質(zhì)量的影響。他們的研究探討了HEA中顯微硬度,、殘余應(yīng)力和亞表面變形之間的相關(guān)性,。

高熵合金中的Al元素

Al是HEA中的重要添加元素，AlCoCrFeNi由固溶體相組成,，例如BCC,、FCC或兩者兼而有之，具體取決于Al濃度或Al/Ni比,。在低Al濃度下,，AlxCoCrFeNi形成一個無序的FCC相，如0Al和0.1Al樣品中觀察到的那樣,。隨著Al含量的增加,，BCC（無序A2或有序B2）和FCC相的混合物出現(xiàn)。當Al超過閾值（x≈0.9）時,，合金變成單個BCC相。

然而,，Y.Liao等人也發(fā)現(xiàn)SLM處理的Al0.5FeCrNi2.5V0.2中只有一個BCC相。

F.Peyrouzet等人研究了SLM處理的Al0.3CoCrFeNi,，該HEA表現(xiàn)出優(yōu)異的打印性能,，并表現(xiàn)出單相無序FCC固溶體，其<110>纖維紋理沿構(gòu)建方向排列,。

K.Sun等人發(fā)現(xiàn),，SLM處理的Al0.5CoCrFeNi HEA的微觀結(jié)構(gòu)顯示出包含F(xiàn)CC和BCC相的成分，沒有復(fù)雜的金屬間化合物,。

Z.Sun等人設(shè)計了Al0.1CoCrFeNi,、Al0.5CoCrFiNi和Al1.0CoCrFeNiHEA,，以研究Al對相變的影響。在凝固過程中,，Al分配到枝晶間和晶界區(qū)域,，在B2凝固后，剩余的液體形成FCC基質(zhì),，通過固態(tài)相變轉(zhuǎn)化為B2,。最終，B2和BCC混合物是由旋節(jié)分解產(chǎn)生的,。

Al的引入,，特別是在Al0.5CoCrFeNi中，顯著降低了熱裂紋易感CoCrFeNi-HEA中的熱裂紋密度,。

Y.Su等人研究了Al含量對SLM制備的AlxCrCuFeNi2 HEA（x=0,，0.5，0.75,，1.0）的微觀結(jié)構(gòu)和開裂行為的影響,。他們觀察到，隨著Al的增加,，從BCC到FCC加BCC/B2結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,，伴隨著從柱狀到等軸晶粒形態(tài)的轉(zhuǎn)變。含有Al0.75和Al1.0的合金顯示出片狀/蜂窩狀FCC基體和枝晶間B2基體的共晶狀微觀結(jié)構(gòu),，其中含有球形BCC納米沉淀物,。FCC枝晶和BCC納米沉淀物富含F(xiàn)e和Cr，而B2基體富含Al和Ni,。

P.F.Zhou等人也觀察到SLM處理的Al0.5FeCoCrNi HEA在加工過程中從BCC相變?yōu)镕CC相,。由于嚴重的殘余應(yīng)力，裂紋機制從粗FCC晶粒的晶間熱裂紋轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈訠CC晶粒的穿晶冷裂紋,，這與相變有關(guān),。Al0.75中的等軸組織減少了熱裂紋，共晶狀微觀結(jié)構(gòu)有效地抑制了冷裂紋,，顯示了它們在防裂方面的綜合作用,。

然而，D.Karlsson等人發(fā)現(xiàn),，盡管探索了寬的工藝參數(shù)窗口,，但由于構(gòu)建過程中的固有應(yīng)力，SLM生產(chǎn)的無裂紋AlCoCrFeNi HEA是無法實現(xiàn)的,。

H.Yao等人研究了SLM處理的AlCrFeNiV,，發(fā)現(xiàn)了具有柱狀晶粒、亞晶粒、L12納米相和位錯的復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu),。柱狀晶粒從幾十微米到200微米不等,，沿著溫度梯度生長。SLM過程中的快速冷卻和非平衡凝固導(dǎo)致每個柱狀晶粒內(nèi)形成亞晶粒,，導(dǎo)致位錯和L12納米相的不均勻分布,。SLM處理的AlCrFeNiV HEA表現(xiàn)出高強度和顯著的延展性，主要歸因于增強位錯硬化的亞晶粒和亞晶粒內(nèi)L12納米相的存在,。

D.Karlsson等人發(fā)現(xiàn),，AlCoCrFeNi表現(xiàn)出B2和BCC相。感應(yīng)熔融樣品具有大的,、隨機取向的晶粒,，而SLM生產(chǎn)的樣品具有較小的樹枝狀晶粒，具有nm級的化學波動,。退火增加了化學異質(zhì)性,，導(dǎo)致富鉻和貧鉻區(qū)域的形成。SLM的AlCoCrFeNi（Al=10at%）HEA包含無序BCC（A2）和有序BCC（B2）的兩相,，這與傳統(tǒng)的鑄造和變形樣品不同,。值得注意的是，在沒有額外熱處理的情況下,，SLM樣品中存在Fe-Cr沉淀物,。微觀結(jié)構(gòu)顯示，平均1.5μm的柱狀A(yù)2晶粒外延生長,，其間有B2相,。

D.Vogiatzief等人研究了AlCrFe2Ni2，其特征是FCC和BCC相,，其中BCC相在熱處理過程中發(fā)生旋節(jié)分解,。

S.Sarkar等人研究了SLM處理的AlCoFeNiTiV0.9Sm0.1和AlCoFeNi V0.9Sm0.1HEA，發(fā)現(xiàn)這兩種合金中只有一個BCC相,。

P.K.Sarswat等人研究了SLM制造的AlCoFeNiV0.9Sm0.1,、AlCoFeNi Sm0.1TiV0.9、AlCoCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr和塊體金屬玻璃AlCoFeNi2iVZr,，發(fā)現(xiàn)這些合金大多表現(xiàn)出單相FCC結(jié)構(gòu),。

高熵合金中的C元素
向HEA中添加C通常會導(dǎo)致沉淀碳化物的形成，從而導(dǎo)致顯著的沉淀強化,。傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的HEA中沉淀的碳化物通常在亞微米到微米范圍內(nèi)，這會顯著降低延展性,。使用SLM,，在HEA中添加C會導(dǎo)致納米級碳化物的形成。

W.Wu等人研究了SLM制造的CoCrFeNiC0.05 HEA中的納米級沉淀物和位錯網(wǎng)絡(luò)，揭示了具有Cr偏析位錯網(wǎng)絡(luò)和晶界處納米級M23C6型碳化物的蜂窩狀和柱狀亞晶粒結(jié)構(gòu),。相比之下,，R.Zhou等人發(fā)現(xiàn)FeCoCrNiC0.05 HEA中的碳分布均勻，沒有碳化物,。

Y.K.Kim等人證明,，CoCrFeNiCx中較高的C含量由于沉淀硬化、易形成變形孿晶和較高的背應(yīng)力,，以及降低的孔和微裂紋密度,，提高了拉伸強度和伸長率。

Z.Li等人報告說,，CoCrFeMnNi中的高C含量由于層錯能（SFE）的增加而降低了機械孿晶活性,，孿晶僅在高應(yīng)變水平下出現(xiàn)。相反,，J.M.Park等人觀察到,，在碳含量較高的拉伸變形樣品中，孿晶活性增加,。在他們的另一項工作中,，通過間隙固溶和沉淀硬化實現(xiàn)了SLM制造的CoCrFeMnNiC1 HEA的優(yōu)異拉伸性能。

J.G.Kim等人強調(diào)了C摻雜CoCrFeMnNi中的溶質(zhì)異質(zhì)性,，指出C-CoCrFeMnNi粉末中的間隙元素在AM過程中與Mn和Cr相互作用,，形成納米級沉淀物并誘導(dǎo)位錯胞網(wǎng)絡(luò)。這些異質(zhì)性產(chǎn)生塑性應(yīng)變不相容性,，導(dǎo)致額外的幾何必要位錯（GND）來緩解這種不相容性,。累積的GND提供了高背應(yīng)力，從而顯著提高了機械性能,。

Z.G.Zhu等人制備了間隙溶質(zhì)強化SLM處理的C摻雜Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.5（at.%）,，沒有明顯的偏析。

高熵合金中的Si元素
Si被添加到FeCoCrNi HEA系統(tǒng)中,，以保持其單相FCC固溶體結(jié)構(gòu),，而不會形成次生相或沉淀相。單一的FCC固溶體只能在Si含量低于5.88%時存在于FeCoCrNi體系中,。

D.Lin等人使用SLM合成了Si含量為1.5at.%的FeCoCrNi HEA,，揭示了單相FCC固溶體的柱狀晶粒，沒有形成第二相,。其強拉伸性能歸因于固溶和位錯強化,。

P.Agrawal等人研究了亞穩(wěn)態(tài)SLM制備的Fe40Mn20Co20Cr15Si5 HEA。他們觀察到,，由于其高加工硬化性,，HEA表現(xiàn)出增強的強度,，同時通過變形過程中的相變和孿晶誘導(dǎo)的塑性相結(jié)合，保持了顯著的均勻延展性,。

L.Guo等人研究了N和Si對SLM制備的FeCoCrNiMn HEA中晶粒尺寸分布,、元素偏析、力學性能和熱裂紋行為的影響,。他們的發(fā)現(xiàn)表明,，N和Si促進了Mn和Ni的優(yōu)先偏析，從而促進了晶間熱裂紋的萌生和擴展,。涉及元素偏析,、位錯胞、納米孿晶,、細沉淀物和多峰晶粒結(jié)構(gòu)的分層微觀結(jié)構(gòu)的形成增強了機械性能,，同時強調(diào)了優(yōu)化加工參數(shù)以防止樹枝狀生長和偏析的必要性。

高熵合金中的Cu元素
由于Cu與其他元素的正混合焓,，Cu經(jīng)常被添加到Al-Co-（Cr）-Fe-Ni HEA中或取代其中的元素,，從而促進富Cu沉淀相的形成。添加Cu很容易導(dǎo)致嚴重的枝晶間偏析,，并損害機械性能,。

S.Luo等人采用SLM制備了等原子AlCrCuFeNi HEA，并揭示了獨特的微觀結(jié)構(gòu)特征,，如具有<100>擇優(yōu)取向的細柱狀晶粒和沿晶界沉淀的納米級富銅相,，有助于提高機械性能。在他們的其他工作中,，他們探索了由BCC AlCrCuFeNix（2.0≤x≤3.0）HEA衍生的雙相HEA的SLM制造,。他們發(fā)現(xiàn)B2薄片中富含納米沉淀物，而FCC薄片中沒有次生相,。B2薄片富含Al和Cu,，而FCC薄片富含Cr和Fe。此外,，F(xiàn)CC/B2相邊界處的Al,、Cu和Ni濃度略有增加。

Zhang等人發(fā)現(xiàn),，SLM處理的AlCoCuFeNi HEA表現(xiàn)出奇異有序的BCC（B2）固溶體相和沿層積聚方向強烈取向的精細柱狀亞結(jié)構(gòu),。隨后在900°C和1000°C下進行熱處理，導(dǎo)致富銅的BCC相從亞穩(wěn)態(tài)BCC（B2）基體中沉淀出來,，從而在處理后的合金中形成雙相微觀結(jié)構(gòu),。Y.Wang等人指出，SLM生產(chǎn)的AlCoCrCuFeNi HEA顯示出FCC和BCC相的顯著存在,，裂紋形成歸因于HAGB,、Cu元素偏析和相失配,。

高熵合金中的Ti元素
在HEA中，Ti可以以等原子比例添加到一種成分中,，也可以作為次要合金元素添加。眾所周知,，添加Ti可以通過穩(wěn)定沉淀物來提高CoCrFeNiMn HEA的機械性能和熱穩(wěn)定性,。

T.Fujieda等人發(fā)現(xiàn)，SLM處理的CoCrFeNiTi基HEA表現(xiàn)出精細均勻的微觀結(jié)構(gòu),，沒有可見的偏析,。固溶處理后，他們注意到直徑為數(shù)十納米的極細有序顆粒的體積分數(shù)增加,，其中含有Ni和Ti,。

X.Yang等人開發(fā)了一種新型合金Ni6Cr4WFe9Ti，其具有細粒結(jié)構(gòu),，主要由γ相組成,。在這種合金中，Ti和W優(yōu)先摻入γ相的晶格Ni（100）位點,。

Z.Gu等人使用SLM技術(shù)對一種新的HEA CoCr2.5FeNi2TiW0.5進行了AM研究,。他們發(fā)現(xiàn)，在Ar保護下,，合金形成單相固溶體,，而在N2保護下，出現(xiàn)了第二相TiN,，導(dǎo)致BCC基體中有TiN沉淀物,。與Ar保護的樣品相比，N2保護的樣品表現(xiàn)出更高的平均顯微硬度值和更好的機械性能,。

W.C.Lin等人發(fā)現(xiàn),，SLM處理的Al0.2Co1.5CrFeNi1.5Ti0.3 HEA樣品在750°C下直接時效50小時后，其微觀結(jié)構(gòu)顯示出分散的L12顆粒和亞晶界新形成的L21相,，以及FCC基體中的納米氧化物和位錯,。高Ti含量可能會使L21相穩(wěn)定在B2相之上。L12相具有有序的FCC結(jié)構(gòu),，其中Ni,、Co和Fe位于面心晶格點，Al和Ti位于角部,。相比之下,，L21相具有有序的BCC結(jié)構(gòu)，Ni位于角部,，Al和Ti位于中心晶格點,。

NbMoTaW是一種被廣泛研究的BCC等原子耐火材料,。H.Zhang等人利用SLM生產(chǎn)NbMoTaW耐火材料HEA，實現(xiàn)了單一BCC固溶體,。他們的分析顯示,，合金中熔點較低、密度較低的元素的摩爾比存在輕微的負偏差,。與傳統(tǒng)高溫合金相比,，所得合金表現(xiàn)出優(yōu)異的微觀結(jié)構(gòu)完整性、顯微硬度和耐腐蝕性,，表明其在航空航天和能源領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,。此外，他們探索了SLM制造的WTaMoNb HEA的熱機械行為,，揭示了由于溫度分布不均導(dǎo)致的顯著翹曲和開裂趨勢,，通過熱機械模擬提供的改進工藝調(diào)整成功地緩解了這些趨勢。NbMoTa HEA在SLM過程中顯示出嚴重的開裂缺陷,，其中添加Ti減小了裂紋尺寸,，添加Ni消除了微裂紋。

H.Zhang等人還使用SLM開發(fā)了具有顯著室溫抗壓強度（2297 MPa）和高溫（1000°C）抗壓強度（651 MPa）的NbMoTaTi0.5Ni0.5 HEA,，通過抑制低SFE晶界處的裂紋形成和微裂紋轉(zhuǎn)變,，證明了可成形性的增強。同時添加Ni和Ti抑制了SLM制備的NbMoTaTi0.5Ni0.5合金中裂紋和缺陷的形成,，并確保了高室溫和高溫抗壓強度,。

T.Ishimoto等人開發(fā)了預(yù)合金Ti1.4Nb0.6Ta0.6Zr1.4Mo0.6 HEA粉末，并制造了具有低孔隙率,、可定制形狀,、高屈服應(yīng)力和優(yōu)異生物相容性的SLM構(gòu)建組件。為了應(yīng)對HEA固有的形狀可定制性差和嚴重元素偏析等挑戰(zhàn),，該研究在SLM過程中采用了極高的冷卻速率（~107 K/s）,。

也有一些關(guān)于使用SLM制備HEA復(fù)合材料的研究。他們中的大多數(shù)專注于用TiNp增強CoCrFeNiMn HEA,。由于添加了TiNp,，打印后的復(fù)合材料表現(xiàn)出HEA基體晶粒結(jié)構(gòu)的細化以及機械性能的提高。TiNp顯著改善了HEA基體的微觀結(jié)構(gòu),，與無TiNp HEA打印中觀察到的各向異性粗晶結(jié)構(gòu)形成鮮明對比,，形成了細化和各向同性的晶粒。TiNp在HEA基體中表現(xiàn)出均勻的分布,，通過釘扎效應(yīng)有助于增強,。在SLM過程中引入TiNp充當了許多納米級成核位點，促進了HEA基體中近等軸和超細晶粒的形成,，從而提高了其力學性能,。

N.Li等人利用SLM制備了由Fe20Co20Cr20Ni20Mn20（at.%）HEA和Fe43.7Co7.3Cr14.7Mo12.6C15.5B4.3Y1.9（at.%.）非晶態(tài)組成的復(fù)合材料,，該復(fù)合材料結(jié)合了高強度和韌性。有趣的發(fā)現(xiàn)是,，除了非晶相外,，在HEA和金屬玻璃界面區(qū)域還檢測到兩種不同的高熵相。隨著鐵基金屬玻璃含量的增加,，復(fù)合材料的強度增強,，斷裂韌性優(yōu)異。

Y.Peng等人研究了通過SLM制備的Ti涂層金剛石和FeCoCrNi HEA復(fù)合材料的界面行為,，重點研究了擴散阻擋和界面強化的雙重影響。第一性原理模擬和實驗驗證表明,，界面處TiC的形成有效地起到了擴散屏障的作用,，減輕了金剛石的sp2雜化，從而提高了與HEA基體的界面結(jié)合強度,。TiC層防止了金剛石顆粒與HEA中的過渡金屬元素之間的直接接觸,，從而抑制了金剛石石墨化，進一步提高了界面結(jié)合強度,。此外,，涂層中的Ti擴散到HEA基體中，引起晶格畸變,，導(dǎo)致替代溶液強化,，從而提高了金剛石磨料的保留率。

選擇性激光燒結(jié)（SLS）
在HEA領(lǐng)域,，關(guān)于SLS的現(xiàn)有文獻相當稀少,，僅發(fā)現(xiàn)一篇。X.Yan等人在大氣中脈沖/CW激光器的不同工作模式下,，通過SLS在P355GH上制備了Ni30Cr25Al15Co15Mo5Ti5Y5 HEA涂層,，以提高加壓光傳輸管的表面性能。通過分析HEA涂層的微觀力學,、摩擦和磨損行為,，研究了激光誘導(dǎo)等離子體對SLS工藝的影響。

選擇性電子束熔化（SEBM）

圖2. 典型SEBM工藝示意圖,。

通過SEBM制備的試樣的微觀結(jié)構(gòu)顯示出沿構(gòu)建方向具有{100}織構(gòu)的細柱狀晶粒,。H.Shiratori等人研究了SEBM制備的等原子AlCoCrFeNi HEA的微觀結(jié)構(gòu)，揭示了無序BCC和有序BCC（B2）相的主要納米層狀混合物,，BCC相在晶界的沉淀受到SEBM獨特預(yù)熱工藝的影響,。

K.Kuwabara等人研究了等摩爾AlCoCrFiNi HEAs的SEBM制造，發(fā)現(xiàn)SEBM試樣的頂部具有BCC基結(jié)構(gòu),，而底部同時含有BCC和FCC結(jié)構(gòu),。沉淀物表現(xiàn)出與基體相同的晶粒取向,，表明相分離是有序-無序相變。晶界形成的FCC面積比從頂部的7%增加到底部的19%,。

T.Fujieda等人發(fā)現(xiàn),，鑄造AlCoCrFeNi試樣和原料粉末具有BCC單相結(jié)構(gòu)，而SEBM AlCoCrFiNi試樣具有BCC和FCC結(jié)構(gòu),。這被認為是由于預(yù)熱過程造成的,，因為BCC和FCC相在預(yù)熱溫度下都是熱力學穩(wěn)定的。

P.Wang等人發(fā)現(xiàn),，SEBM構(gòu)建的CoCrFeNiMn HEA組件表現(xiàn)出分層微觀結(jié)構(gòu),，其特征是長柱狀晶粒和沿構(gòu)建方向排列的晶內(nèi)細胞結(jié)構(gòu)（樹突）。

V.V.Popov等人發(fā)現(xiàn),，通過Al0.5CrMoNbTa0.5 HEA的SEBM發(fā)生了顯著的Al蒸發(fā),。這些經(jīng)SEBM處理的Al0.5CrMoNbTa0.5HEAs的微觀結(jié)構(gòu)由兩種固溶體組成：基體相是Al含量低（1.4at.%）的TaMoNb基固溶體，次要相是鋁含量相對較高（~11.8at.%Al）的（TaMoNbCr）Al固溶體,。

與傳統(tǒng)鑄造模具相比,，SEBM生產(chǎn)的HEA模具顯示出顯著增強的機械性能。這種增強歸因于微觀結(jié)構(gòu)的細化和均勻的沉淀,。特別值得注意的是延展性的顯著提高,，斷裂強度超過1400 MPa，是SUS304的六倍多,。力學測試表明,，SEBM構(gòu)建的CoCrFeNiMn HEA的變形機制主要涉及位錯活動，機械孿晶的貢獻有限,。此外,，在人工海水中進行的電化學測量表明了明顯的腐蝕行為；與鑄造試樣（0.178 V vs.Ag/AgCl）相比,，SEBM AlCoCrFeNi試樣表現(xiàn)出較低的點蝕電位（0.112 V vs.Ag-AgCl）,。

B.Dong等人開發(fā)了一種新的粉末床電弧增材制造（PAAM）工藝，該工藝結(jié)合了用于制造HEA的沉積材料的在線重熔,。在每層應(yīng)用多次重熔循環(huán)后,，對AlCoCrFeNi2.1 HEA進行了研究。結(jié)果顯示,，偽共晶微觀結(jié)構(gòu)主要由FCC相的大柱狀晶粒（~90 wt%）和BCC相的細樹枝狀晶粒（~10 wt%）組成,。由于局部熱誘導(dǎo)塑性，層重熔工藝顯著降低了合金的抗拉強度和延展性,。

定向能沉積（DED）

圖3. 典型DED工藝示意圖,。

大多數(shù)研究報告稱，DED處理的CrMnFeCoNi HEA表現(xiàn)出單相FCC結(jié)構(gòu)。在Z.Tong等人的研究中,，DED生產(chǎn)的FeCrCoMnNi HEA在熱處理后保持了單一的FCC固溶體,。然而，X.Gao和Y.Lu發(fā)現(xiàn),，DED制備的CoCrFeMnNi HEA在FCC基體的晶界處表現(xiàn)出細小的BCC相分布,。

S.Xiang等人探索了激光功率和掃描策略對微觀結(jié)構(gòu)特征和拉伸性能的影響。他們的研究表明,，這些因素的變化顯著影響了DED制備的CrMnFeCoNi HEA從柱狀組織到等軸組織的轉(zhuǎn)變,，主要是由于熱通量方向和溫度梯度的變化。他們還發(fā)現(xiàn),，通過調(diào)整激光功率,，可以調(diào)節(jié)DED制造的CrMnFeCoNi HEA中柱狀和等軸晶粒的相對比例。

H.Li等人使用DED制備了單軌CoCrFeMnNi HEA,，發(fā)現(xiàn)較低的溫度梯度與凝固速率比與從柱狀到等軸形態(tài)的轉(zhuǎn)變有關(guān),。H.Li等人研究了熱約束、熱循環(huán)和沿沉積方向的溫度梯度對DED制造的CoCrFeMnNi HEA中殘余應(yīng)力分布的影響,，發(fā)現(xiàn)工藝過程中較低的熱梯度降低了殘余應(yīng)力水平，從而影響了變形和合金的功能性能,。DED制造的HEA表現(xiàn)出以定向凝固為特征的微觀結(jié)構(gòu),，從熔池邊界附近的樹枝狀柱狀晶粒過渡到更遠的等軸晶粒。在低掃描速度下,，晶粒往往幾乎完全等軸,，而高掃描速度會導(dǎo)致柱狀晶粒。具有等軸晶粒的HEA表現(xiàn)出比柱狀HEA更高的加工硬化率,，前者表現(xiàn)出晶間微裂紋,，后者表現(xiàn)出晶內(nèi)微裂紋。

DED工藝具有較小的熔池尺寸和快速的冷卻速率,，可產(chǎn)生顯著的溶質(zhì)捕獲效應(yīng),，與傳統(tǒng)鑄造方法相比，可促進元素更均勻的分布,。然而,，Y.Chew等人發(fā)現(xiàn)晶界富含Ni和Mn，Co,、Cr和Fe含量較低,。

S.Guan等人研究了凝固條件、相形成,、微觀結(jié)構(gòu)特征和拉伸行為,，揭示了包括柱狀晶粒、凝固亞結(jié)構(gòu)和多個長度尺度上的位錯亞結(jié)構(gòu)在內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu),。拉伸變形主要由位錯活動和變形孿晶調(diào)節(jié),。

Z.Qiu等人發(fā)現(xiàn),，DED引入的初始高位錯密度顯著提高了CrMnFeCoNi HEA的屈服強度（YS），位錯運動被確定為主要的變形機制,。此外,，在低溫條件下，在較高應(yīng)變水平下觀察到明顯的變形孿晶,。

I.Kunce等人發(fā)現(xiàn),，DED制備的HEA AlCoCrFeNi顯示出BCC衍生物B2有序晶體結(jié)構(gòu)。合金中的沉淀物顯示出不同的形態(tài),，從樹枝狀區(qū)域的精細球形（直徑<100 nm）到樹枝狀區(qū)域中的旋節(jié)形（厚度<100 nm）,。

R.J.Vikram等人的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)DED處理的AlCoCrFeNi2.1 HEA表現(xiàn)出樹枝狀和共晶特征,，由有序的FCC（L12）和BCC相組成,。L12相在構(gòu)建（X）方向上更為普遍，而BCC相在構(gòu)建平面（Z方向）上占主導(dǎo)地位,。Ni是主要的基礎(chǔ)元素,，L12相缺乏Al，BCC相缺乏Cr但富含Al,。L12相的穩(wěn)定性受到Co,、Cr和Fe近乎等原子分布的影響。此外,，Kurdjumov-Sachs（KS）取向關(guān)系決定了不同構(gòu)建方向上L12和BCC相位之間的對齊,。

S.Yang等人研究了AlCrFeCoNi合金的打印適應(yīng)性和磨損特性。打印HEA層的微觀結(jié)構(gòu)分析表明存在唯一的BCC結(jié)構(gòu)相,。該研究強調(diào)了打印合金中的樹枝狀-樹枝狀間微觀結(jié)構(gòu),，顯示出顯著的硬度和優(yōu)異的耐磨性。

R.Wang等人探索了AlCoCrFeNi HEA制備的DLF的微觀結(jié)構(gòu),、力學性能和腐蝕行為的演變,。該研究調(diào)查了沉積樣品和在600°C至1200°C的溫度下時效168小時的樣品。最初,，DLF期間的高冷卻速率促進了幾乎單一的B2固溶體結(jié)構(gòu)的形成,，抑制了FCC相的發(fā)展。然而,，在時效過程中,，出現(xiàn)了晶間針狀和板狀FCC相沉淀物，并沿晶界出現(xiàn)了壁狀FCC相沉淀,。這種相演變導(dǎo)致壓縮YS降低,，延展性增加，因為與B2相相比，F(xiàn)CC相的性質(zhì)更軟,。此外,，該合金表現(xiàn)出電偶腐蝕敏感性，由于富Fe-Cr的FCC相和富Al-Ni的B2基體之間的電勢差,，觀察到B2基體的優(yōu)先腐蝕,。

V Ocelík等人研究了激光表面處理參數(shù)對AlCoCrFeNi HEA微觀結(jié)構(gòu)的影響，強調(diào)了凝固速率對這些兩相合金中FCC和BCC相的相量,、化學成分和空間分布的顯著影響,。

S.Guan等人使用LENS研究了非等原子HEA AlCoCrFeNiTi0.5的AM。與通常表現(xiàn)出柱狀晶粒結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)合金不同,，沉積的AlCoCrFeNiTi0.5試樣在寬范圍的溫度梯度和凝固速度下顯示出完全等軸晶粒微觀結(jié)構(gòu),。主要的微觀結(jié)構(gòu)特征包括B2結(jié)構(gòu)的原共晶樹枝晶，周圍是片狀或棒狀的B2/A2共晶結(jié)構(gòu),。在試樣中觀察到的原共晶B2結(jié)構(gòu)枝晶的碎裂性質(zhì)可能使其成為有效的成核位點,，促進等軸晶粒的形成。

M.Dada等人研究了激光參數(shù)對DED處理的AlCoCrFeNiCu和AlTiCrFeCoNi HEA的微觀結(jié)構(gòu)特征和硬度性能的影響,。結(jié)果表明,，顯微硬度有了顯著提高：隨著激光功率從600W增加到800W，AlCoCrFeNiCu合金的顯微硬度提高了300%,，AlTiCrFeCoNi合金提高了70%,。相反，顯微硬度隨著掃描速度的增加而降低,。顯微分析顯示，AlCoCrFeNiCu具有柱狀樹枝狀結(jié)構(gòu),，AlTiCrFeCoNi具有定向晶粒生長的等軸樹枝狀結(jié)構(gòu),。

N.Malatji等人發(fā)現(xiàn)，通過LMD制備的AlCrFeNiCu HEA表現(xiàn)出包含雙相（BCC+FCC）固溶體的樹枝狀微觀結(jié)構(gòu),。結(jié)果表明,，耐磨性隨著激光功率的增加而降低，磨損表面表現(xiàn)出粘著磨損特性,。熱處理引起了顯著的微觀結(jié)構(gòu)變化,，在950°C下熱處理的合金表現(xiàn)出更好的耐磨性。

J.Joseph等人采用DLF制備了AlxCoCrFeNi HEA的塊體樣品,，鋁濃度分別為0.3,、0.6和0.85M，分別具有FCC,、雙FCC+BCC和BCC晶體結(jié)構(gòu),。發(fā)現(xiàn)AlxCoCrFeNi HEAs的強度隨著Al濃度的增加而增加，但這是以犧牲延展性為代價的。BCC合金的高強度（超過2GPa）歸因于其高體積分數(shù)的旋節(jié)第二相顆粒,。

A.Mohanty等人研究了DED在制備HEA中的應(yīng)用,，特別是Al0.3CoCrFeNi和Al0.7CoCrFeNy，分別以BCC和FCC+BCC晶體結(jié)構(gòu)而聞名,。在1100°C下循環(huán)氧化200小時期間,，與Al0.7CoCrFeNi相比，Al0.3CoCrFeNi顯示出更高的質(zhì)量增益,。兩種合金的氧化表面形成了外部Cr2O3氧化皮和底層Al2O3亞氧化皮,，其中這些氧化層的厚度和連續(xù)性隨著Al含量的變化而變化。研究結(jié)果表明,，較高的Al含量有助于提高這些HEA的抗氧化性,。

B.Gwalani等人研究了DED制造的Al0.3CoCrFeNi和Al0.7CoCrFeNi層壓板，發(fā)現(xiàn)Al0.3CoCrMeNi表現(xiàn)出單相FCC結(jié)構(gòu),，而Al0.7CoCrMeNy表現(xiàn)出雙相FCC+B2結(jié)構(gòu),。

H.Peng等人研究了使用LMD制備的Al0.3CoCrFeNi HEA的微觀結(jié)構(gòu)和力學性能。建成的HEA表現(xiàn)出沿構(gòu)建方向取向的<110>纖維織構(gòu),，伴隨著高密度的位錯環(huán)和相鄰位錯,。熱應(yīng)力在LMD過程中誘導(dǎo)位錯滑移和無序到有序的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致在冷卻或隨后的熱暴露過程中形成沉淀的B2顆粒,。裂紋傾向于沿著FCC基體和沉淀的B2相之間的邊界萌生和傳播,，降低了延展性。隨后的退火促進了B2和σ相的進一步沉淀,，提高了硬度和耐磨性,，同時也促進了位錯恢復(fù)并降低了屈服應(yīng)力。

M.S.K.K.Y.Nartu等人使用LENS處理了Al0.3CoCrFeNi HEA,，揭示了在處理后的Al0.3CoCrFeNi HEAs樣品中形成了納米級富鋁鎳溶質(zhì)團簇,，這歸因于AM期間的再加熱效應(yīng)。由于納米級L12沉淀物的沉淀強化,，熱處理樣品顯示出更高的YS,。

Jithin-Joseph等人研究了DED制造的FCC Al0.3CoCrFeNi HEA的拉伸/壓縮行為，并觀察到合金的加工硬化率和延展性存在顯著的拉伸/壓力不對稱性,。該合金在壓縮下表現(xiàn)出異常高的加工硬化,，這歸因于明顯的鑄態(tài)織構(gòu)加劇了廣泛的機械孿晶。相比之下,，在拉伸下變形的材料表現(xiàn)出最小的加工硬化和延展性降低,，主要通過滑動機制運行，沒有明顯的機械孿晶,。

Q.Wang等人發(fā)現(xiàn),，增加激光功率顯著影響了LMD處理的CoCrFeNiMo0.2 HEA中柱狀晶體的形態(tài),，由于溫度梯度減小，導(dǎo)致柱狀晶粒尺寸增大,。發(fā)現(xiàn)293K下的拉伸性能可以通過改變激光功率來調(diào)節(jié),，對應(yīng)于微觀結(jié)構(gòu)的變化。當溫度從293K降低到77K時,，LMD處理的CoCrFeNiMo0.2 HEAs的抗拉強度和延展性分別顯著提高了約70%和28%,，抗拉強度達到928 MPa，延展性達到60%,。

在K.Zhou等人的研究中,，在CoCrFeNiNbx HEA的縱向和橫向截面上都觀察到均勻和完全致密的微觀結(jié)構(gòu)。所有試樣均無明顯孔隙或微裂紋,。此外,，隨著Nb含量的增加，觀察到從柱狀到等軸晶粒結(jié)構(gòu)的演變,。室溫拉伸試驗表明,，與鑄態(tài)合金相比，這些合金表現(xiàn)出優(yōu)異的強度和延展性,。

I.Kunce等人使用LENS合成了ZrTiVCrFeNi HEA,。顯微組織分析揭示了一種雙相結(jié)構(gòu)，其中C14-Laves相基質(zhì)占主導(dǎo)地位,，α-Ti固溶體相較少,。通過在50°C下高達100巴的壓力-組成-溫度（PCT）等溫線評估儲氫性能，表明合成后的最大氫容量為1.81 wt%,，額外退火后的最大氫氣容量為1.56 wt%,。PCT測試后觀察到持續(xù)的C14氫化物相。

Dobbelstein等人采用LMD通過元素粉末混合物的原位合金化制備成分分級的耐火HEA,，通過逐步用Nb粉末替代Zr粉末,，實現(xiàn)了從Ti25Zr50Nb50Ta25到Ti25Zr0Nb50Ta25的梯度。從Ti25Zr0Nb50Ta25到Ti25Zr25Nb25Ta25的成分被鑒定為單相BCC固溶體,，表現(xiàn)出粗晶粒微觀結(jié)構(gòu)。增加Zr與Nb的比率會產(chǎn)生更細,、更硬的多相微觀結(jié)構(gòu),。

H.Dobbelstein等人采用LMD從元素粉末制備TiZrNbHfTa HEA，實現(xiàn)了接近等原子組成和具有均勻晶粒尺寸和等軸形態(tài)的BCC單相微觀結(jié)構(gòu),�,？⒐ぴ嚇语@示出509HV0.2的高硬度。

I.Kunce等人采用LENS合成TiZrNbMoV HEAs,，揭示了不同的激光功率（300 W和1 kW）顯著影響了微觀結(jié)構(gòu)和儲氫性能,。不同參數(shù)合成的合金表現(xiàn)出不同的形態(tài)和相態(tài),，包括含有未熔化Mo顆粒的樹枝狀基體和富含Mo和Zr的多相微觀結(jié)構(gòu)，這影響了它們的氫吸收和解吸行為,。

H.Dobbelstein等人使用脈沖Nd:YAG激光探索了等摩爾元素粉末混合物的DMD,，旨在研究MoNbTaW的沉積策略和微觀結(jié)構(gòu)。他們的研究分析了形成的單壁結(jié)構(gòu),，強調(diào)了DMD通過動態(tài)粉末混合產(chǎn)生成分梯度的能力,，從而克服了預(yù)合金粉末的局限性。

關(guān)于使用DED制備HEA復(fù)合材料的一些研究,。Q.Shen等人利用PPAAM制備了CoCrFeNi（SiC）x（x=0,、0.1、0.3和0.5）HEA,，揭示了SiC含量的增加導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)從單一FCC相轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC+Cr7C3雙相,，同時硬度（從~139 HV到~310 HV）和YS（從~142 MPa到~713 MPa）顯著提高。這些增強歸因于固溶體和第二相強化機制,。

J.Li等人開發(fā)了一種LMD技術(shù),，該技術(shù)結(jié)合了WC的添加，以生產(chǎn)高強度的CrMnFeCoNi基HEA復(fù)合材料,，從而能夠形成以致密細化等軸晶粒為特征的微觀結(jié)構(gòu),。具體而言，含有5wt%WC的樣品表現(xiàn)出有前景的機械性能,，包括800MPa的抗拉強度和37%的伸長率,。機械性能的提高歸因于Cr23C6增強沉淀物的形成，這有助于晶粒的非均勻成核,，并阻礙滑移帶在合金基體中的傳播,。

Amar等人證明了使用LMD制造高強度CrMnFeCoNi基HEA，并通過控制添加TiC來定制拉伸性能,。具體而言,，在CrMnFeCoNi HEA中摻入5wt%的TiC導(dǎo)致抗拉強度為723MPa，拉伸應(yīng)變?yōu)?2%,。機械性能的提高歸因于微米級TiC增強相的引入,，這有效地抑制了滑移帶在合金微觀結(jié)構(gòu)中的傳播。

S.Guan等人額外制造了一種結(jié)合CrMnFeCoNi和AlCoCrFeNiTi0.5的層壓HEA,，其特征是這些組成材料的交替層,。復(fù)合HEA在壓縮下表現(xiàn)出卓越的強度-塑性協(xié)同作用，YS高達990MPa,，在80%應(yīng)變之前沒有觀察到完全斷裂,，超過了整體式HEA的性能。這種協(xié)同作用歸因于由AlCoCrFeNiTi0.5薄片中的超硬BCC等軸晶粒和CrMnFeCoNi薄片中的軟FCC柱狀晶粒組成的非均勻微觀結(jié)構(gòu),，這些晶粒呈周期性排列,。

Y.Cai等人使用LMD制造了層壓FeCoCrNi+FeCoCrNi2Al HEA,，突出了不同的微觀結(jié)構(gòu)和機械性能。FeCoCrNi組分表現(xiàn)出具有優(yōu)異延展性和韌性的BCC相,，而FeCoCrNiAl合金表現(xiàn)出更高的強度,，盡管由于其BCC相而韌性降低。組合層壓HEA表現(xiàn)出優(yōu)異的延展性,、強度和增強的抗裂性,，為各種工業(yè)應(yīng)用提供了潛在的進步。

粘合劑噴射（BJT）

圖4. 典型BJT工藝示意圖

僅發(fā)現(xiàn)了三篇關(guān)于使用基于粘合劑的AM技術(shù)制造HEA的論文,。D.Karlsson等人通過BJT和隨后的燒結(jié)制造了AlCoCrFeNi合金的高密度部件,。燒結(jié)后的材料表現(xiàn)出主要的B2/BCC結(jié)構(gòu)，并含有額外的FCC相和σ相沉淀物,。在1000°C至1100°C的溫度下進行的退火實驗抑制了σ相,，并導(dǎo)致了以B2/BCC和FCC相為主的微觀結(jié)構(gòu)。更高的退火溫度導(dǎo)致機械性能進一步增強,，表明屈服強度和斷裂強度增加,。

L.Chen等人探討了燒結(jié)溫度和熱等靜壓（HIP）對通過BJT制備的等原子FeNiCoCr HEA樣品的微觀結(jié)構(gòu)、力學性能和電化學行為的影響,。燒結(jié)樣品顯示出單一的FCC相,，相對密度隨著燒結(jié)溫度的升高而增加。HIP顯著提高了樣品的密度和機械性能,。鈍化膜中Co（Fe,，Cr）2O4的形成有助于提高FeCoNiCr的耐腐蝕性。

Z.Xu等人研究了用于制造多孔CoCrFeMnNi HEA的BJT工藝,。通過BJT和隨后的燒結(jié)工藝實現(xiàn)了35%至40%的孔隙率,。X射線計算機斷層掃描測量表明，孔隙的形態(tài)和大小均勻分布,。斷裂表面調(diào)查顯示,，穿晶準解理斷裂更占主導(dǎo)地位。發(fā)現(xiàn)在最佳燒結(jié)參數(shù)下,，多孔CoCrFeMnNi的耐腐蝕性與316L等效物相當,。

直接墨水書寫（DIW）

圖5. 典型ME工藝示意圖

C.Kenel等人開發(fā)了一種HEA AM方法，旨在將其獨特的機械性能與現(xiàn)代設(shè)計中所需的幾何復(fù)雜性相結(jié)合,。該技術(shù)涉及3D擠出含有氧化物納米粉末（Co3O4+Cr2O3+Fe2O3+NiO）混合物的油墨,，然后共還原為金屬，相互擴散,，并在H2氣氛下燒結(jié),，以獲得接近全密度的CoCrFeNi合金,。氧化物相經(jīng)歷還原的復(fù)雜相變導(dǎo)致所得金屬的相互擴散,，并形成FCC等原子CoCrFeNi合金,。這種相變伴隨著從初始生坯中松散堆積的氧化物顆粒到相對密度為99.6±0.1%的完全退火金屬CoCrFeNi的結(jié)構(gòu)變化。所制備的CoCrFeNi微晶格顯示出小至100μm的支柱直徑,，并在環(huán)境和低溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能,。

S.Peng等人通過DIW和熱燒結(jié)制備了3D架構(gòu)的CoCrFeNiMn HEA。由此產(chǎn)生的3D架構(gòu)CoCrFeNiMon結(jié)構(gòu)顯示出卓越的能量吸收能力,，超越了傳統(tǒng)架構(gòu)材料,。這種增強的能量吸收歸因于3D結(jié)構(gòu)的彎曲主導(dǎo)變形模式和以等軸晶粒為特征的完全退火均勻微觀結(jié)構(gòu)，這有助于變形過程中的顯著應(yīng)變硬化,。

添加劑攪拌摩擦沉積（AFSD）

圖6. 典型AFSD流程示意圖

G.M.Karthik等人采用AFSD制造了一種金屬-金屬復(fù)合材料,，該復(fù)合材料由納米晶CoCrFeNi HEA顆粒增強的AA5083合金組成。由于HEA顆粒的惰性,、高強度和硬度,，層與增強體/基體界面之間的界面沒有形成脆性金屬間化合物。與標準鍛造加工合金AA5083-H112相比,，該復(fù)合材料的拉伸和壓縮強度顯著提高,，同時提供了更好的延展性。

同樣,，P.Agrawal等人探索了AFSD作為一種固態(tài)AM技術(shù),，能夠生產(chǎn)具有均勻等軸微觀結(jié)構(gòu)的無缺陷3D部件。AFSD處理的Fe40Mn20Co20Cr15Si5 HEA在變形過程中表現(xiàn)出相變和孿晶誘導(dǎo)的塑性,。在AFSD誘導(dǎo)的機制（如恢復(fù),、再結(jié)晶和晶粒生長）中，高溫和應(yīng)變速率下的強烈剪切變形導(dǎo)致晶粒細化,，強度和加工硬化性增強,。

AM處理HEA的后處理
T.Fujieda等人探索了固溶處理對AM處理的CoCrFeNiTi基HEA的影響，在此過程中,，試樣在1393K下加熱,。通過將SLM或SEBM與固溶處理相結(jié)合，他們實現(xiàn)了增強的抗拉強度和耐腐蝕性,。這些改進歸因于固溶處理過程中富含鎳鈦的細顆粒的均勻沉淀,。

D.Lin等人研究了退火對SLM處理的FeCoCrNi HEA的影響。他們發(fā)現(xiàn),，在773K,、873K、973K,、1073K,、1173K、1273K,、1373K,、1473K和1573K的溫度下退火2小時,，然后在爐中冷卻，會導(dǎo)致顯著的微觀結(jié)構(gòu)變化,，例如從柱狀晶粒到等軸晶粒的再結(jié)晶,，以及許多退火孿晶。該工藝降低了殘余應(yīng)力,、屈服強度和硬度,，同時提高了塑性和沖擊韌性，從而增強了工業(yè)適用性,。

D.Vogiatzief等人探索了AlCrFe2Ni2 HEA的熱處理,。他們在750、800和850°C下進行了3小時的構(gòu)建后退火熱處理,，并在900和950°C下對6小時進行了構(gòu)建后退火,，以檢查溫度和處理時間對微觀結(jié)構(gòu)的影響。試樣在氬氣下以1.1°C/s的加熱速率在爐內(nèi)進行熱處理,，然后在爐內(nèi)以約0.5°C/s的冷卻速率冷卻至室溫,。發(fā)現(xiàn)AlCrFe2Ni2 HEA的熱處理通過使用旋節(jié)分解的BCC相成核FCC微晶片，將初始亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化為超細雙相微觀結(jié)構(gòu),。

Zhang等人分別在900°C和1000°C下對SLM制造的AlCoCuFeNi HEA樣品進行了10小時的熱處理,。在此之前，他們預(yù)先將樣品密封在真空封裝的石英管中,，以防止熱處理過程中的氧化,。他們觀察到，熱處理導(dǎo)致富銅的BCC相沉淀,，從而形成雙相微觀結(jié)構(gòu),。與制造狀態(tài)相比，這種熱處理降低了顯微硬度和壓縮屈服強度,，同時顯著提高了延展性,，F(xiàn)CC相的沉淀有助于提高韌性和應(yīng)變硬化。

V.V.Popov等人在兩種不同條件下,，特別是在1000°C和1300°C下,，進行了24小時的熱處理，旨在實現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的均勻化,。他們發(fā)現(xiàn),，盡管通過在1300°C下熱處理24小時可以獲得較低的孔隙率，但這種方法導(dǎo)致了合金成分的不利變化,。此外,，他們強調(diào)，從元素粉末混合物中SEBM生產(chǎn)Al0.5CrMoNbTa0.5 HEA是可能的，優(yōu)化工藝參數(shù)而不是依賴于后處理熱處理對于減輕樣品中的孔隙率至關(guān)重要,。

W.C.Lin等人探索了SLM制備的Al0.2Co1.5CrFeNi1.5Ti0.3 HEA的微觀結(jié)構(gòu)和拉伸性能,，以及SLM處理后在750°C下直接時效50小時，然后空冷至室溫的合金的微觀組織和拉伸性能,。SLM和后熱處理的結(jié)合顯著提高了室溫和500°C下的拉伸性能。SLM處理的樣品以及直接老化從更細的晶粒尺寸,、納米氧化物,、內(nèi)應(yīng)力和具有亞晶粒結(jié)構(gòu)的L21相獲得了額外的強化效果。SLM加直接時效處理的Al0.2Co1.5CrFeNi1.5Ti0.3 HEA的屈服強度（YS）和極限抗拉強度（UTS）分別為1235MPa和1550MPa,，是迄今為止激光AM處理的HEA的最高值,。

J.Joseph等人研究了HIP對AM制備的AlxCoCrFeNi體系的密度、微觀結(jié)構(gòu)和力學性能的影響,，該體系的鋁摩爾分數(shù)（x）分別為0.3,、0.6和0.85，分別具有FCC,、雙相FCC+BCC和BCC晶體結(jié)構(gòu),。發(fā)現(xiàn)HIP可以減少大孔（>5µm）的存在，并略微增加合金密度,，同時還會導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)粗化和化學均勻化,。HIP提高了FCC HEA的機械性能（x=0.3）。盡管它增強了雙相HEA（x=0.6）的壓縮性能,，但由于硬BCC晶界沉淀物的粗化,，它削弱了拉伸性能。在高鋁HEA（x=0.85）中,，力學性能受到相和晶界處σ相形成的負面影響,，導(dǎo)致拉伸和壓縮時的脆性斷裂。

在R.Li等人的研究中,，對SLM處理的等原子CoCrFeMnNi HEA進行了HIP,，以消除冶金缺陷。HIP處理的HEA呈現(xiàn)出更高的致密化和相對較大的晶粒,。它封閉了大多數(shù)微孔和微裂紋,，使相對密度從HIP前的98.2%提高到HIP后的99.1%。拉伸強度從601MPa增加到649MPa,，伸長率從35.0%降低到18%,。由于SLM的非平衡處理和HIP處理的痛苦效應(yīng)，HIP處理樣品的殘余應(yīng)力低于SLM打印樣品,。HIP后,，與SLM樣品相比，優(yōu)先取向變得不那么顯著。

在Z.Tong等人的一項研究中,，采用LSP來改變AM制造的CrMnFeCoNi HEA表層的應(yīng)力狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu),，并提高其力學性能。結(jié)果表明,，LSP使表面應(yīng)力狀態(tài)從拉伸應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s應(yīng)力,，表層孔隙在經(jīng)歷嚴重塑性變形后閉合。此外,，LSP導(dǎo)致沿深度方向形成梯度微觀結(jié)構(gòu),。具有硬化表面層和軟芯的夾層結(jié)構(gòu)的形成提高了經(jīng)LSP處理的試樣的強度和延展性。1個LSP試樣達到427.4MPa,、570.7MPa和40.1%,，分別比竣工試樣（YS-320.7 MPa、UTS-531.7 MPa和伸長率-31.9%）高出約33.3%,、7.3%和15.13%,。當沖擊次數(shù)增加到三次和五次時，YS,、UTS和伸長率值進一步提高,。值得注意的是，五個LSP試樣表現(xiàn)出最高的YS（489.8 MPa）,、UTS（639.9 MPa）和伸長率（61%）值,。

AM加工HEAs的力學性能
圖7顯示了AM加工的HEA的壓縮和拉伸實驗獲得的強度和延展性，具體合金成分和性能列于表1中,。比較SLM和DED生產(chǎn)的HEA的性能,，可以觀察到SLM加工的HEA通常比DED制造的HEA具有更高的強度。相比之下,，BJT生產(chǎn)的HEA具有最低的抗拉強度,，盡管它們的抗壓強度相對較高。

圖7. 使用各種AM方法的強度與伸長率,。（a） YS與伸長率,，（b）UTS與伸長率

表1. AM處理樣品的拉伸和硬度結(jié)果。

除了拉伸和壓縮試驗外,，對HEA的疲勞性能,、裂紋形成和蠕變變形行為的研究仍然相對有限。

Y.O.Kuzminova等人探索了通過AM制造的CrFeCoNi合金的疲勞性能,，發(fā)現(xiàn)加工樣品在竣工和退火條件下都表現(xiàn)出明顯更高的抗疲勞性,。未經(jīng)退火的竣工樣品可以在414MPa的最大疲勞應(yīng)力下承受107次循環(huán)（應(yīng)力幅值（σa）為186.3MPa），而未加工的樣品僅達到138MPa的最大應(yīng)力（σa=62.1MPa）,。熱處理通�,？梢蕴岣呒庸ず臀醇庸ず辖鹪诟咧芷�勞條件下的疲勞壽命。

Z.Xu等人研究了SLM制造的CoCrFeMnNi HEA在不同峰值保持載荷下的納米壓痕蠕變變形行為，揭示了蠕變變形主要由位錯運動控制,。

C.Zhang等人研究了裂紋形成和緩解策略,，發(fā)現(xiàn)裂紋主要沿直角形狀的HAGB萌生，沒有元素偏析,。上裂紋部分顯示出熱裂紋特征,，而下裂紋部分可能是在固態(tài)傳播過程中由于熱收縮而形成的。

掃描策略顯著影響裂紋形態(tài),。然而,，P.Niu等人發(fā)現(xiàn)，SLM打印的CoCrFeMnNi HEA無論打印參數(shù)如何,，都會出現(xiàn)熱裂紋。SLM制造的CrMnFeCoNi HEA表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氫脆性,，這歸因于其高氫溶解度和在加載過程中容易形成變形孿晶,。由于間隙強化，YS在H充電后也被證實會進一步增加,。

Y.K.Kim等人研究了通過SLM制備的等原子CoCrFeMnNi HEA的高溫蠕變行為,。

M.Jin等人探索了SLM處理的CrMnFeCoNi合金的循環(huán)塑性和疲勞損傷行為，發(fā)現(xiàn)單調(diào)加載下的塑性變形涉及位錯滑移和變形孿晶,，位錯滑移被確定為循環(huán)加載過程中的主要機制,。不同的掃描策略影響晶粒形態(tài)和尺寸，影響疲勞裂紋擴展行為,。值得注意的是,，0°旋轉(zhuǎn)的彎曲掃描策略由于促進了柱狀晶粒的生長并使裂紋路徑上的晶界間距最小化，因此對裂紋擴展的阻力增強,。

AM加工HEA的腐蝕性能
HEA傾向于形成具有FCC,、BCC或HCP結(jié)構(gòu)的無序固溶體，而不是傳統(tǒng)合金中典型的金屬間化合物,。在傳統(tǒng)合金中,，金屬間化合物周圍的基質(zhì)充當微陽極，優(yōu)先腐蝕,，而金屬間化合物充當微陰極,。此外，與傳統(tǒng)合金相比,，含有Cr,、Ni和Mo等鈍化元素的HEA通過形成保護性氧化物顯示出優(yōu)異的耐腐蝕性。此外,，AM改善了HEA的成分均勻性,，減輕了可能導(dǎo)致電偶腐蝕和點蝕的成分偏析。這種均勻的成分有助于形成一致的鈍化膜，從而提高耐腐蝕性,。例如,，在3.5 wt%NaCl溶液中對SLM和鑄態(tài)方法生產(chǎn)的CoCrFeMnNi HEA進行比較分析后發(fā)現(xiàn)，SLM生產(chǎn)的HEA表現(xiàn)出更均勻的成分和更細的晶粒,，從而形成具有增強穩(wěn)定性和保護性能的鈍化膜,。因此，與鑄態(tài)HEA相比,，SLM生產(chǎn)的HEA的腐蝕電流密度降低了58%,，表明其耐腐蝕性明顯更好。

J.Ren等人使用動電位極化和電化學阻抗譜測試研究了SLM制造的CoCrFeMnNi HEA在3.5 wt%NaCl溶液中的耐腐蝕性,。與傳統(tǒng)的鑄態(tài)材料相比,，AM CoCrFeMnNi HEA具有更高的抗點蝕性（ΔE）和更大的抗極化性（Rp）。AM處理的CoCrFeMnNi HEA的優(yōu)異耐腐蝕性可能歸因于均勻的元素分布和較低的微孔密度,。

然而,，H.Peng等人發(fā)現(xiàn)，與鑄造的HEA相比,，SLM打印的HEA在3.5 wt%的NaCl溶液中表現(xiàn)出較差的耐腐蝕性,，這是由于SLM樣品中位錯、孔隙和裂紋的密度較高,，這大大降低了它們的耐腐蝕性能,。

Q.Wang等人利用LMD制備了CoCrFeNiMo0.2 HEA，并研究了它們在不同激光功率下的腐蝕行為,。該研究表明,，與304不銹鋼基材和CoCrFeNi相比，CoCrFeNiMo0.2合金表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性,，并且在3.5 wt%NaCl溶液和1 mol/L H2SO4溶液中的腐蝕電流密度甚至低于316L不銹鋼,。

此外，為了滿足HEA應(yīng)用在具有挑戰(zhàn)性的工業(yè)環(huán)境中的需求,，還進行了非常規(guī)測試,。例如，在高溫下在惡劣的腐蝕性合成氣氣氛中評估了SLM處理的AlCoFeNiTiV0.9Sm0.1和AlCoFeNiV0.9Sm0.1HEA的高溫耐腐蝕性,，以模擬具有挑戰(zhàn)性的工業(yè)條件,。

AM處理的HEA的腐蝕性能受到合金微觀結(jié)構(gòu)、缺陷,、成分和加工條件的影響,。H.Peng等人研究了SLM打印樣品相對于建筑方向的不同取向之間的耐腐蝕性如何變化。計算了SLM打印的CoCrFeMnNi HEA在平行和垂直于構(gòu)建方向的方向上的電化學陽極溶解速率,，表明孔隙和裂紋的存在對耐腐蝕性的影響比晶界和晶粒取向更為顯著,。

T.Fujieda等人發(fā)現(xiàn)SLM處理的CoCrFeNiTi基HEA具有精細均勻的微觀結(jié)構(gòu),，沒有可見的偏析。與EBM對應(yīng)物（分別為0.50±0.04 V vs.Ag/AgCl）相比,，這種微觀結(jié)構(gòu)的細化有助于提高點蝕電位（在353K下,，3.5%NaCl溶液中為0.88±0.03 V vs.Ag-AgCl）。與傳統(tǒng)的高耐腐蝕合金相比,，竣工和固溶處理的SLM試樣表現(xiàn)出卓越的抗點蝕性能,。該研究還考察了固溶處理的效果，表明水淬火顯著提高了SLM試樣的耐點蝕性,。

M.A.Melia等人研究了AM處理的CoCrFeMnNi HEA的腐蝕性能,。退火處理導(dǎo)致再結(jié)晶微觀結(jié)構(gòu)，提高了伸長率和耐腐蝕性,。腐蝕行為顯示出對細胞間Ni/Mn區(qū)域的優(yōu)先攻擊,，表明存在復(fù)雜的凹坑形態(tài)。

T.Fujieda等人通過SEBM結(jié)合隨后的固溶處理成功制備了具有增強耐腐蝕性的Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5Mo0.1 HEA,。

AM工藝可能會引入殘余應(yīng)力,，這可能會導(dǎo)致局部微觀結(jié)構(gòu)變化和缺陷，如位錯,，從而可能影響HEA的腐蝕性能,。AM處理的HEA中的應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）行為是另一個重要方面,，因為眾所周知,，由于該過程中涉及的獨特熱循環(huán)，AM組件具有殘余應(yīng)力,。然而,，迄今為止，文獻中沒有關(guān)于AM HEAs中SCC行為的研究,。

文章鏈接：https://doi.org/10.3390/ma17235917