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难熔高熵合金(RHEAs)通常表现出高熔点、室温脆性和高温抗氧化性不足，其加工应用严重受限，亟需新技术突破这一瓶颈。增材制造技术以其独特的设计自由度和加工灵活性，已广泛应用于生产具有复杂形状与定制结构的金属材料中；该技术也可在保护气氛下自由近净成形难熔合金，成为了制备RHEAs的理想途径。如何乘着增材制造的东风，以获得超强高韧RHEAs的研究正方兴未艾。 近日，西北工业大学王锦程教授团队在激光增材制造高性能难熔高熵合金方面取得了新进展，通过直接能量沉积(DED)技术成功制备出Ti41V27Hf13Nb13Mo6 RHEA，并对其微观组织演变和力学响应进行了研究。研究发现，沉积态合金由于循环热输入与快速凝固产生了等轴晶与柱状晶交替生长的梯度晶粒组织，相结构由体心立方基体和析出相组成；高达1.2 GPa的屈服强度主要归因于原子体积错配产生的显著固溶强化。通过调整激光能量密度，可有效抑制晶界析出相导致的准解理断裂，将合金室温拉伸延展性提升至11.3%。外力加载过程中采用原位表征，揭示了晶界处位错滑移受到阻碍会造成应力集中，易在等轴晶区诱发裂纹源；而滑移传递、晶粒旋转和扭折是该增材合金的塑性变形协调机制。以上结论为增材制造超强高韧RHEAs提供了新途径，并加强了对其组织-性能关联的理解。 相关研究成果以“Unraveling microstructure and mechanical response of an additively manufactured refractory TiVHfNbMo high-entropy alloy”为题发表在增材制造领域顶刊《Additive Manufacturing》。论文第一作者为博士研究生崔丁聪，通讯作者为王锦程教授和何峰教授，通讯单位为西北工业大学。 论文链接： https:///10.1016/j.addma.2024.104126
图1 激光增材制造TiVHfNbMo难熔高熵合金的微观组织
图2 增材制造TiVHfNbMo合金的室温拉伸工程应力-应变曲线及屈服强度-延伸率对比
图3 调控激光能量密度实现增材合金从准解理断裂向韧性断裂模式转变
图4 增材制造TiVHfNbMo合金的加工硬化曲线与微观-纳观变形行为
图5 原位EBSD表征揭示“等轴晶-柱状晶”梯度晶粒组织的变形-断裂机制 |
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