SLM制备CoCrFeNiTi高熵合金的机械性能

供稿人:王兴理想 张航
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室　

高熵合金（HEA）是由等摩尔或接近等摩尔的浓度在5％到35％之间的五个或五个以上元素组成的合金。HEA具有高度耐腐蚀性，抗氧化性，耐磨性和优异的机械性能。但是，HEA固有的复杂性使其很难制造均匀的合金零件，尤其是大型零件。通过使用传统方法（例如电弧熔炼或感应熔炼）需要进行多次物理重熔以确保HEA的均匀性，此外，很难将这些合金加工成具有复杂几何形状的零件。因此，人们越来越关注增材制造（AM）方法，例如选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）。

日立材料研究开发集团技术中心的Tadashi Fujieda等人研究了选区激光熔化（SLM）与电子束熔炼（EBM）制备CoCrFeNiTi基高熵合金，研究发现SLM期间较高的冷却速度导致微观结构细微均匀，没有可见的偏析（如图1所示）而在EBM样件中，Ni和Ti分离并形成球状形态。SLM样品的晶粒的柱状化程度比EBM样品的弱，晶粒趋于等轴，SLM样品的晶体各向异性也弱于EBM样品。另外，SLM试样的晶粒尺寸比EBM试样的晶粒尺寸小得多。（如图2所示）这是由于熔池的热梯度（G）与凝固速率（R）之比不同所致，SLM的G / R远低于EBM ，SLM固化速度更高。

SLM试样的拉伸性能远远优于EBM试样，且延展性得到提高，SLM试样的断裂伸长率是EBM试样的断裂伸长率的六倍。这是因为SLM试样成分均匀，没有任何具有球状组织形态的Ni3Ti金属间化合物，而这些不均匀组织是断裂的起源。

图1 扫描透射电子显微镜-能量色散X射线光谱（STEM-EDS）的元素映射，其中（a）为EBM样件（b）为SLM样件

图2（a）EBM样品的反极图，（b）SLM样品的反极图，（c）EBM样品的极图（d）SLM

图3室温下SLM和EBM样件的拉伸应力-应变曲线

参考文献：
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.