华中科技大学柳林教授团队：增材制造高熵合金复合材料综述

来源：中国有色金属学报

高熵合金复合材料因其具有优异的综合力学性能而吸引了研究者们广泛的关注，但高熵合金大多是固溶体，熔体流动性差，铸造成形较为困难。增材制造技术是一种逐层堆积的成形技术，能够实现复杂结构零件的直接成形。因此，近年来越来越多的研究工作开始聚焦于应用增材制造技术制备高熵合金及其复合材料，这些研究将为高熵合金及其复合材料的成形加工及其工程化应用奠定基础。

《中国有色金属学报（英文版）》中刊登的Additive manufacturing of high-entropy alloy composites: A review 一文，对增材制造高熵合金复合材料的最新进展进行了系统性的总结和评论，包括粉末制备、微观组织结构、力学性能等，并对增材制造高熵合金复合材料目前存在的问题和未来的发展方向进行了讨论和展望。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1003632622660862


增材制造技术是一种新型的加工方式，能够实现复杂形状零件的直接成形。用于高熵合金复合材料的增材制造技术主要有两种，粉床熔融增材制造（LPBF）技术（图1）和直接能量沉积增材制造（DED）技术（图2）。

图1 粉床熔融增材制造技术：（a）激光粉床熔融技术；（b）电子束粉床熔融技

图2 直接能量沉积增材制造技术：（a）金属丝为原料；（b）粉末为原料

粉床熔融增材制造技术以激光或电子束为能量源，在成形过程中，能量源在计算机控制下选择性地熔化单层粉床上的部分区域，该区域固化后逐层堆积并最终获得了所需要的零件。该技术具有加工精度高、冷却速度快、组织结构精细、成分均匀等优点，适合高性能复杂结构零件的成形。而直接能量沉积增材制造技术是以激光、电子束、电弧为能量源，以金属粉末或金属丝为原料，金属原料被熔化成熔滴后按一定顺序堆积成所设计形状的零件。该技术成形速度快，适合大尺寸零件的加工，但其成形精度不及粉床熔融增材制造技术，往往需要后续的机械加工才能达到目标精度。增材制造技术的出现为大尺寸、复杂形状的高熵合金复合材料零件的直接成形提供了便利。相比于传统的铸造成形技术，高能束增材制造技术能够有效地抑制高熵合金及其复合材料的成分偏析、细化晶粒，同时在晶粒内部形成独特的亚结构（如胞状组织等），这些特点使成形件获得更好强韧性（图3），更高的硬度和耐磨性等。

图3增材制造高熵合金复合材料的力学性能对比：（a）屈服强度-延伸率；（b）抗拉强度-延伸率

研究结论
增材制造高熵合金复合材料在结构材料和功能材料两个方面均具有广阔的应用前景，但该领域的发展并不成熟，仍存在诸多尚未解决的问题。今后的研究需重点关注以下几个方面：
1）复合材料低温至高温下不同温度的力学性能及其变形机理；
2）后处理对高熵合金复合材料微观结构和力学性能的影响；
3）复合材料的断裂韧性、疲劳、高温蠕变等服役性能研究；
4）轻质高熵合金复合材料、难熔高熵合金复合材料的增材制造。

引用格式
OSMAN Hamza, LIU Lin. Additive manufacturing of high-entropy alloy composites: A review[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2023,33(01):1−24

研究团队

团队负责人：柳林教授

华中科技大学材料科学与工程学院柳林教授团队是材料成形与模具技术国家重点实验室的首席教授团队，主要从事非晶合金、高熵合金及其它新型金属材料的制备、成形、结构与性能的研究，以基础研究为主，同时注重研究成果的转化及应用。目前有固定工作人员4人（其中教授3名、副教授1名）。在研博士后4名，在读博士、硕士研究生20余名，是一支由中青年研究人员为主体的勤奋务实的研究团队。研究室研究方向包括：1）先进金属材料研发（非晶合金、高熵合金、新型高温合金等）；2）先进金属材料智能成形技术（激光3D打印、超音速热喷涂、冷喷涂、磁控溅射）；3）先进金属材料的结构与性能；4）纳米多孔金属材料及其催化性能；5）先进金属材料的NMR研究。研究室独立拥有完善的材料制备、结构表征和性能测试实验平台。研究室先后承担国家973课题、国家重点研发计划、国家基金委重大研究计划、重大项目、重点基金、总装预研重点项目等重要课题数十项。团队成员已在Nature、Nat Comm、Sci Adv、 Acta Mater、Corr Sci等材料科学与工程领域的重要学术期刊上发表论文300余篇，获国家发明专利30余项。研究成果先后获教育部自然科学奖二等奖2项、重庆市自然科学奖二等奖1项及湖北省自然科学奖三等奖1项。

第一作者：博士生Hamza OSMAN