SLM制備AlCoFeNiSmTiVZr體系高熵合金

供稿人：陳子豪、張航
供稿單位：西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室

利用37種主要元素的組合，可以組成幾百萬種高熵合金，而現有文獻中的HEA數量不超過450種。因此，發(fā)現堅固耐用的高熵合金是一個巨大的需求和機會。盡管人們已經探索了各種等原子HEAs，但在利用鑭系/稀土元素和難熔元素與過渡金屬和鋁結合的方向上還沒有明確的研究。

2019年，為了進一步探索高熵合金，美國猶他大學利用選擇性激光熔化技術制造了AlCoFeNiV0.9Sm0.1、AlCoFeNiSm0.1TiV0.9、AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr和AlCoFeNiTiVZr塊狀高熵合金。圖1 是SLM成形的AlCoFeNiTiVZr，AlCoFeNiSm0.1TiV0.9，AlCoFeNiSm0.1V0.9，AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr的微觀結構，沒有觀測到有任何明顯的孔洞或裂紋，也沒有任何不規(guī)則或中斷的熔道，表面形貌也表明樣品中球化效應不明顯。

圖2是SLM成形的AlCoFeNiTiVZr，AlCoFeNiSm0.1TiV0.9，AlCoFeNiSm0.1V0.9，AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr的洛氏硬度比較。由圖可知Sm的加入大大提高了合金的硬度，尤其是AlCoFeNiSm0.1V0.9，AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr的硬度大于或等于細晶粒尺寸的碳化鎢的橫向斷裂強度。

(a) AlCoFeNiTiVZr 腐蝕前；(b) AlCoFeNiTiVZr腐蝕后；(c) AlCoFeNiSm0.1TiV0.9腐蝕前；(d) AlCoFeNiSm0.1TiV0.9腐蝕后；(e、f) AlCoFeNiV0.9Sm0.1腐蝕前；(g) AlCoFeNiV0.9Sm0.1腐蝕前、后（插圖）；(h) AlCoFeNiV0.9Sm0.1長時間曝光腐蝕后；(i) AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr腐蝕前、后 (插圖)。 圖1 制備的HEA樣品的SEM圖片

圖2 制備的HEA樣品的洛氏硬度結果

總體而言，研究設計并采用SLM制備了四種新型高熵合金，其中包含難熔元素Zr、Ti和一種稀土元素Sm，樣品晶粒均勻，沒有明顯裂紋、雜質或第二相積淀，分析和表征技術表明，這些合金大多為單相FCC結構，表現出優(yōu)異的機械性能和耐腐蝕性能。這說明在未來，增材制造技術作為一種不復雜、快速、自由度高的成形技術將是探索新型高熵合金的首選。

參考文獻：
1.Prashant, K, et al. Additive manufactured new hybrid high entropy alloys derived from the AlCoFeNiSmTiVZr system[J]. Applied Surface Science, 2019.