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长三角G60激光联盟导读
新加坡科技研究局（A∗STAR）、瑞典查尔姆斯理工大学、新加坡国立大学及新加坡南洋理工大学的科研人员综述了高熵合金增材制造：现状与挑战的研究。相关论文以“Additive manufacturing of high-entropy alloys: Current status and challenges”为题发表在《Smart Materials in Manufacturing》上。
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1.高熵合金 (HEA) 在增材制造中展现出巨大潜力。3.评估加工参数对高熵合金显微组织和力学性能的影响。4.确定了在HEA中实现精确显微组织控制的挑战和策略。合金的增材制造（AM）因其在结构部件制造中的应用而引起了科学和技术方面的极大研究兴趣。高熵合金（HEA）是一类新型结构材料，在过去二十年里受到了广泛关注。激光粉末床熔融（LPBF）等增材制造方法能够定制合金的显微组织，从而促进具有定制特性的高熵合金的生产。随着该领域的快速发展，有必要对增材制造专用HEA的设计和生产进行最新的全面综述。本综述总结了AM生产的HEA的加工参数、显微组织和最终性能之间的关系。其中特别关注粉末床熔融、定向能沉积和粘合剂喷射打印等AM技术。本综述广泛研究了原料质量和加工参数对单相HEA、多相HEA和HEA基复合材料的冶金缺陷形成、成品显微组织、力学性能和耐腐蚀性的影响。此外，还讨论了AM生产的HEA的应用、通过AM技术生产HEA所面临的挑战，以及通过全面的文献调查所确定的未来展望。关键词：高熵合金；增材制造；合金开发；显微组织工程；力学性能
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图1.用于制造HEA的AM技术示意图，A)粉末床熔融(PBF)；b)定向能沉积(DED)；c)粘合剂喷射打印(BJP)。
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图2.各种AM技术生产的HEA的分类和示意图。
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图3.HEA原料图像。(a-d）不同尺寸范围的粉末，用于粉末床熔融和粘合剂喷射；(e-g)用于电弧增材制造的焊丝。
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图4.LPBF打印的共晶AlCoCrFeNi2.1的显微组织演变。
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图5.(a)LPBF制备的CoCrFeMnNi的垂直面和(b)水平面；(c)水平面的PF和IPF。
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图6.LPBF制备的CoCrFeMnNi的显微组织。
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图7.EPBF制备的CoCrFeMnNi(a)XZ和(b)XY平面上的EBSD-IPF图；(c)XY平面上的SEM图和相应的元素分布；(d)显示晶界的放大区域上的EBSD-IPF图；(e)相应的锰元素分布；以及(f)(c)中突出显示区域的KAM图像。
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图8.LPBF制备的Ti1.4Nb0.6Ta0.6Zr1.4Mo0.6 BioHEA的显微结构和晶体学分析。
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图9.LPBF制备的AlCoCuFeNi HEA在不同方向上的纹理演变。
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图10.LPBF制备的CoCrFeMnNiCx HEA的显微组织以及老化处理后的显微组织。
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图11.(a)拉伸应变为34%时掺杂N的FeCoNiCr HEA的IPF图。白线表示机械孪晶。(b、c、d）ECC图像显示了（a）中标记晶粒的显微组织，它们分别对应于接近<110>、<100>和<111> 的取向。
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图12.EPBF制备的CoCrFeMnNi-0.18Ti沿成型方向的显微组织变化。
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图13.LPBF制备的TiNp/HEA复合材料的TEM图像。
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图14.LENS生产的层状HEA基复合材料CrMnFeCoNi/AlCoCrFeNiTi0.5的显微结构。
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表：增材制造HEA技术综述。
本文从合金开发、使用各种原料的可打印性、潜在的制造缺陷、AM技术以及显微组织与性能的关系等方面广泛综述了AM加工HEA的最新进展。上表中总结了AM技术在制造单相或多相HEA方面最重要的特点、优缺点和应用。这为从事HEA研究的人员提供了一个有用的框架，有助于明确选择AM技术并支持新型HEA成分的开发。正如本文所述，AM在提供具有理想显微组织和力学性能的材料方面具有巨大潜力。然而，AM过程中凝固和重熔的复杂性给材料设计带来了新的挑战。原料的选择对保持化学均匀性起着重要作用。气体和等离子体雾化方法通常用于生产高质量的粉末原料，尽管原位和非原位合金化技术提供了具有成本效益的替代方法。在现有的LPBF、DED和BJP系统上附加各种升级/装置，也能通过原位和非原位合金化技术开发出功能分级的HEA或HEA基复合材料。AM过程中的显微组织演变主要分为两大类--单相HEA和多相HEA（包括EHEA和ODS-HEA）--以显示其对AM后HEA力学性能的影响。与多相HEA相比，具有FCC、BCC或HCP结构的单相HEA在低温、室温和高温下的性能相对稳定。在多相HEA中，碳化物和氮化物等次生相与偏析一起大大提高了硬度和强度，但它们在晶粒和晶胞边界周围的分布往往会降低成品合金的延展性。一般来说，更高的冷却速度是AM技术的独特优势，它能促使晶粒细化，并通过在坯料的HEA中引入更多位错来增强强度。值得注意的是，通过DED、LPBF和BJP生产的 HEA通常比通过EPBF生产的HEA具有更好的力学性能，这是由于晶粒细化效果更好。此外，考虑到基于方法的工艺设计和优化，DED或LPBF具有多功能性，能够微调晶粒尺寸、形貌和纹理等显微组织，从而改变单相和多相HEA的力学性能。尽管取得了重大进展，但仍存在一些挑战。各种AM技术的关键挑战在于实现精确的显微组织控制。实现一致的化学均匀性、控制不良相的形成以及减少孔隙率和开裂等缺陷也是目前需要解决的问题。为了充分释放增材制造的HEA作为功能材料和结构材料的应用潜力，应采取一种战略方法，将工艺优化和增强材料设计结合起来。因此，综述表明进一步研究和开发工艺优化、先进材料设计和实时监控AM工艺对于克服这些挑战至关重要。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.smmf.2024.100058
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