发表于Nature：通过增材制造获得高强、高延展高熵合金

来自美国马萨诸塞大学、佐治亚理工学院、橡树岭国家实验室以及劳伦斯利弗莫尔国家实验室等七家研究机构的联合团队在高熵合金 (HEA) 3D 打印方面取得了进展，该合金结合多种金属来制造适合极端条件的材料。传统上，HEA 的增材制造因延展性差而面临挑战，限制了其应用。研究人员如今已通过采用激光增材制造技术克服了这一问题，显著提高了这些合金的延展性和强度。

2022年，该研究以“Strong yet ductile nanolamellar high-entropy alloys by additive manufacturing”为题发表在Nature。

该团队开发的方法基于激光的增材制造，能够在高熵合金中创建纳米厚的纳米片层。这些纳米片层由面心立方 (FCC) 和体心立方 (BCC) 晶体结构的交替层组成。这些层的独特结构有助于提高材料的机械性能。而采用传统凝固路线获得的层片厚度通常在微米或亚微米范围内，限制了共晶高熵合金可达到的强度。相比之下，3D打印的大温度梯度和快速冷却的特点能够产生纳米层状相并使材料表现出高强度，但通常以牺牲延展性为代价。

在这项研究中，研究人员利用激光粉末床熔融（L-PBF）的极端打印条件和高熵化合金的有利成分效应，获得了一种非平衡态的相组织，实现了让人震惊的性能提升。具体的说，研究人员使用归一化等效能量密度方法，研究人员确定了一个有效的L-PBF处理窗口，来打印完全致密的AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金。通过调整激光功率和扫描速度，研究人员将层片厚度减少到了数十纳米。

通过这种方法生产的HEA具有近 1.3GPa的高屈服强度和约14%的延伸率，甚至超越了最强的钛合金的性能。

为了了解这些改进，该研究利用了电子显微镜、中子和 X 射线散射等先进技术。来自美国能源部设施散裂中子源和纳米相材料科学中心的数据以及阿贡国家实验室的先进光子源在分析这些合金的内部力学和微观结构方面发挥了至关重要的作用。

这些增强型HEA的潜在应用非常广泛，包括需要具有高抗断裂性、耐用性和可靠性的材料的制造领域。

使用3D打印生产高熵合金的新发现为材料科学和增材制造开辟了新的可能性。这项技术创新不仅有望改进现有产品和工艺，还有望为高强度和延展性材料开辟新的应用领域。

这一发展可以彻底改变工业用耐用、可靠和抗断裂高熵合金部件的生产。例如，这种合金可用于生产更安全、更省油的车辆、更高强度的产品和耐用的机械。此外，基于激光的增材制造具有很高的能源效率，因此对生产新型高熵合金很有吸引力。