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通过选择性激光熔化（SLM）制造合金通常会产生较大的温度梯度和快速冷却，这使得精细的微观结构、元素偏析和高密度位错网络能够实现优异的强度-延展性协同作用。在这项研究中，SLM制备了FeCoNiAlTi高熵合金（HEA），其具有由高密度位错网和元素偏析组成的蜂窝状结构，从而实现了屈服强度和显著均匀塑性伸长率的显著结合。通过透射电子显微镜结合原位中子衍射技术研究了SLM制备的FeCoNiAlTi
HEAs的强化机理和变形行为。结果表明，高强度主要来自蜂窝结构强化，占屈服强度的64%以上。蜂窝状结构缓解严重应力集中的能力可以促进变形均匀化，打破强度-延性权衡。这项研究为控制增材制造的HEA的强度和延性的潜在机制提供了重要见解。![]()
图1.（a）HEA粉末的扫描电镜（SEM）图像，显示化学成分的插入表。（b）HEA粉末的粒度分布图。（c）用Rietveld方法拟合HEA粉末的中子衍射图。（d）打印样品施工过程的示意图。（e）激光扫描加工。（f）SLM制备的狗骨形拉伸样品用于原位中子衍射研究。
采用气体雾化法制备了Fe29.6Co26.7Ni28.8Al7.1Ti7.8（at.%）合金（FeCoNiAlTi-HEA）粉末。粉末原料的中子衍射分析表明，粉末主要由FCC相（约99.5
wt.%）和少量L21相（约1
wt.%）组成（图1（A）-（c））。三维（3D）打印过程是在韩邦联合3D技术有限公司的氩气气氛下通过SLM进行的。首先在不锈钢基材上铺设一层30-50mm的粉末。然后，高功率激光沿着预定路径熔化金属粉末以形成熔池，使得熔融粉末逐层积聚以形成块状合金。表1总结了加工参数。由于3D打印的一步成型特性，狗骨形拉伸样品被直接打印出来，随后使用放电加工（EDM）从其不锈钢基材上分离出来（图1（d）-（f））。![]()
图2.（a）SLM-FCNAT的HAADF-STEM图像显示了高密度位错网络结构。（b）（a）中用正方形表示的选定区域的HAADF-STEM图像和相应的EDS图，显示了亚晶界处的元素偏析。
暗场扫描透射显微镜（DF-STEM）图像显示，SLM-FCNAT中的位错结构与铸造合金制备的位错结构明显不同，表现出平均尺寸约为0.7μm的位错胞六边形结构。HDD在亚晶边界交织形成细胞壁。晶粒内部的位错密度相对较低。此外，在细胞壁上可以观察到少量尺寸约为80
nm的L21相沉淀物（图2（a））。在激光循环扫描过程中产生的固有局部加热/冷却热循环必须引入残余应力，如果残余应力足够高以引发塑性变形，这可能会导致位错增殖并自适应到细胞中。图2（b）显示了STEM图像和细胞结构的相应能量色散X射线光谱（EDS）分析，揭示了细胞壁上明显的元素分离。这种偏析的主要特征是Ti富集，Fe不存在，电池内部存在少量富Al氧化物。相关研究成果以“In-situ neutron
diffraction study of the strengthening mechanism and deformation behavior of
cellular structure in high-entropy alloys by additive manufacturing”为题发表在International Journal of Plasticity上（Volume 181，October 2024,104081），论文第一作者J.Q.
Shi，通讯作者为为G.
Wang。https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2024.104081
