SLM制備CoCrFeNiTi高熵合金的機械性能

供稿人:王興理想 張航
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　

高熵合金（HEA）是由等摩爾或接近等摩爾的濃度在5％到35％之間的五個或五個以上元素組成的合金。HEA具有高度耐腐蝕性，抗氧化性，耐磨性和優(yōu)異的機械性能。但是，HEA固有的復雜性使其很難制造均勻的合金零件，尤其是大型零件。通過使用傳統(tǒng)方法（例如電弧熔煉或感應熔煉）需要進行多次物理重熔以確保HEA的均勻性，此外，很難將這些合金加工成具有復雜幾何形狀的零件。因此，人們越來越關注增材制造（AM）方法，例如選擇性激光熔化（SLM）和電子束熔化（EBM）。

日立材料研究開發(fā)集團技術中心的Tadashi Fujieda等人研究了選區(qū)激光熔化（SLM）與電子束熔煉（EBM）制備CoCrFeNiTi基高熵合金，研究發(fā)現SLM期間較高的冷卻速度導致微觀結構細微均勻，沒有可見的偏析（如圖1所示）而在EBM樣件中，Ni和Ti分離并形成球狀形態(tài)。SLM樣品的晶粒的柱狀化程度比EBM樣品的弱，晶粒趨于等軸，SLM樣品的晶體各向異性也弱于EBM樣品。另外，SLM試樣的晶粒尺寸比EBM試樣的晶粒尺寸小得多。（如圖2所示）這是由于熔池的熱梯度（G）與凝固速率（R）之比不同所致，SLM的G / R遠低于EBM ，SLM固化速度更高。

SLM試樣的拉伸性能遠遠優(yōu)于EBM試樣，且延展性得到提高，SLM試樣的斷裂伸長率是EBM試樣的斷裂伸長率的六倍。這是因為SLM試樣成分均勻，沒有任何具有球狀組織形態(tài)的Ni3Ti金屬間化合物，而這些不均勻組織是斷裂的起源。

圖1 掃描透射電子顯微鏡-能量色散X射線光譜（STEM-EDS）的元素映射，其中（a）為EBM樣件（b）為SLM樣件

圖2（a）EBM樣品的反極圖，（b）SLM樣品的反極圖，（c）EBM樣品的極圖（d）SLM

圖3室溫下SLM和EBM樣件的拉伸應力-應變曲線

參考文獻：
Tadashi Fujieda, Meichuan Chen, Hiroshi Shiratori, et al. Mechanical and corrosion properties of CoCrFeNiTi-based high-entropy alloy additive manufactured using selective laser melting[J], Additive Manufacturing, 2019(25):412-420.