在EBM金属3D打印中，高熵合金具有什么潜力？

来源：3D打印商情


金属3D打印对于当今世界范围内的许多制造商来说变得非常宝贵，有关工艺和材料的研究也在继续。据《3D打印商情》了解，新加坡制造技术研究所和南洋理工大学的研究人员正在研究用于电子束熔化（EBM）技术的金属粉末——通过预合金粉末制造CoCrFeNiMn高熵合金。

大多数关于严肃的制造实践的研究，以及他们对金属中心3D打印的兴趣，都是围绕着生产强大、复杂的产品的最佳方法而进行的。研究人员在论文中解释了用重熔法生产的高熵合金零件与目前流行的选择性激光烧结工艺相比，是否是对传统铸造工艺的一种现实的改进。

CoCrFeNiMn被称为通过用氩气雾化真空诱导制备的等原子合金粉末。作为单面心立方（FCC）晶体结构，CoCrFeNiMn多年来一直是各种研究的焦点，原因在于：

•    机械性能强
•    耐腐蚀性能
•    耐磨性
•    卓越的延展性
  

科学家们指出，虽然像CoCrFeNiMn这样的HEAS在低温下表现良好，但熔化、铸造和机械合金化是“主要的制备方法”，但往往导致气孔和孔隙度问题。由于以下特点，粉末床熔融增材制造（PBFAM）为制造的HEA提供了潜力：

•   处理时间短
•    几何精度
•    减少浪费
•    定制的可能性
  

EBM依赖于高达1100°C的高能量预热，降低了对活性部件的应力，并且已知在以前生产HEA部件方面是成功的。除了评估CoCrFeNiMn的微观结构和机械性能外，研究人员还能够通过气体雾化生产该研究，进一步分析粉末流动、粒度、密度、缺陷、可打印性等。为了更好地简化3D打印，将雾化粉末分成四个不同的类别：≤25μm，25-45μm，45-105μm和105-300μm。这分别允许放电等离子体烧结/注射成型、选择性激光熔化（SLM）、EBM和激光辅助AM。

流动性是PBFAM的重要特征之一，可以通过不同的方式确定，但是对于这项研究，通过霍尔流量计漏斗进行了评估并且显著优异。评估粒度，证明具有良好的可打印性，并且基于阿基米德原理和OM观察检查部件的缺陷。此外，显微硬度评估如下：

“使用Matsuzawa MMT-X3维氏硬度计在1kg下对抛光的试样检查显微硬度15秒。从长方体样品上切下横截面为1×3mm^2，标距长度为5mm的狗骨样品。使用具有10kN测力传感器的Instron 5982万能拉伸试验机进行拉伸试验，室温下初始应变速率为3.3×10-4s-1。用视频引伸计记录应变。检查三个试样以获得屈服强度（YS）、极限拉伸强度（UTS）和断裂伸长率。

化学成分分析揭示了“球形形态”，只有少数不规则颗粒，所有颗粒整体形成为固化液滴，在雾化的“湍流”中相互碰撞。

除了卫星之外，通过横截面观察揭示了在雾化过程中对应于夹带气体的球形孔。与偶尔出现在细粉末中相比，粗粉中以球形孔隙为主。这些夹带的气孔不仅会影响真实密度，还会导致AM部件出现缺陷。“

“在筛分过程后获得相对窄范围的粉末。 P1，P2，P3和P4的平均粒径分别为10.3,36.2,63.3和129.8μm。尺寸分布重叠是由不完美的筛分过程引起的，例如球形粉末堵塞网，这可以通过改变筛分过程来改善。

SEM图像显示具有不同放大率的典型HEA粉末形态。 （a）和（b）粉末尺寸≤25μm（P1）; （c）和（d）的粉末尺寸范围为45至105μm（P3）。

科学家们一致认为，虽然以前的工艺可能会导致使用HEA粉末的障碍，但气体优化使这些材料成为大规模生产的明确考虑因素，并指出粉末具有以下所有特性：

    ●理想的和明显的密度
    ●螺纹密度
    ●流动性
    ●粒度分布

然而，研究人员指出，由于“高密度的卫星”可能存在安全问题，尽管它似乎不会影响EBM打印过程。然而，孔隙率是一个问题，研究人员暂时建议采用热等静压工艺来消除增材制造中的这些问题，但这种工艺成本高，可能会限制大多数应用。

“有人认为，低孔隙率的粉末，例如，通过等离子旋转电极工艺生产的粉末，将是需要在高工作温度下暴露的关键工业部件的理想选择。”研究人员说。

最终，该团队得出结论认为，此研究过程的所有重要特征都认为它适用于PBFAM技术和新材料，并进一步说明：

“……EBM制造的CoCrFeNiMn HEA部件具有与其传统铸造对应部件相当的机械性能（显微硬度和拉伸性能）。”

随着这种技术的材料和粉末的研究继续增长，各种不同方法的金属3D打印开始渗透到专注于尖端制造工艺的行业，例如汽车工业、航空航天、军事和工业等领域-还有更多。

通过预合金粉增材制造的CoCrFeNiMn高熵合金（a）EBM构建部分的图像。 （b）侧视图的粗糙表面的SEM。 （c）具有不同膨胀程度和缺乏融合的长方体样品的典型顶面外观。黄色和红色箭头分别显示肿胀和缺乏融合。

来源：3D打印商情