[论文解读] Ultra strong and ductile eutectic high entropy alloy fabricated by selective laser melting
本研究通过选区激光熔融（SLM）技术首次实现了无裂纹的超强度、高延性共晶高熵合金（EHEA）制备，在-196 °C至760 °C的宽温度范围内展现出优异的力学性能。超细共晶层片间距（150–200 nm）与层片簇结构（2–6 μm）的结合，使室温下的抗拉强度超过1400 MPa，延伸率超过20%，显著优于传统制备方法。
With important application prospects, eutectic high entropy alloys have received extensive attention for their excellent strength and ductility in a large temperature range. The excellent casting characteristics of eutectic high entropy alloys make it possible to achieve well manufacturability of selective laser melting. For the first time, we have achieved crack-free eutectic high entropy alloy fabricated by selective laser melting, which has excellent mechanical properties in a wide temperature range of -196 degrees Celsius~760 degrees Celsius due to ultra-fine eutectic lamellar spacing of 150 ~ 200nm and lamellar colony of 2 ~ 6 μm. Specifically, the room temperature tensile strength exceeds 1400MPa and the elongation is more than 20%, significantly improved compared with those manufactured by other techniques with lower cooling rate.
研究动机与目标
- 通过选区激光熔融（SLM）技术开发无裂纹的共晶高熵合金（EHEA），以提升可制造性。
- 在-196 °C至760 °C的宽温度范围内，实现EHEA的优异力学性能。
- 通过优化微观结构，克服SLM制备EHEA过程中固有的残余应力与裂纹问题。
- 证明超细共晶层片间距与受控的层片簇形态可实现卓越的强度与延性。
提出的方法
- 采用选区激光熔融（SLM）技术，通过精确控制激光功率、扫描速度和扫描间距，制备共晶高熵合金。
- 合金成分设计旨在促进共晶凝固，降低冷却速率梯度，实现精细的微观结构控制。
- 利用电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）对微观结构进行表征，以量化层片间距与簇尺寸。
- 在宽温度范围（-196 °C至760 °C）内进行拉伸测试，以评估力学性能。
- 超细共晶层片（150–200 nm）与层片簇（2–6 μm）的形成归因于SLM过程中的快速凝固与受控形核。
实验结果
研究问题
- RQ1尽管存在高热梯度与残余应力，能否通过选区激光熔融（SLM）成功制备无裂纹的共晶高熵合金？
- RQ2哪些微观结构特征（如层片间距、簇尺寸）对在SLM制备的EHEA中实现高强度与高延性至关重要？
- RQ3SLM制备的EHEA的微观结构如何影响其在宽温度范围内的力学性能？
- RQ4与传统工艺处理的EHEA相比，超细共晶结构在多大程度上提升了强度与延性？
主要发现
- SLM制备的共晶高熵合金在室温下抗拉强度超过1400 MPa，显著高于传统方法报道的EHEA数值。
- 室温延伸率超过20%，展现出高强度合金中罕见的优异延性。
- 实现了150–200 nm的超细共晶层片间距，该特征通过细观尺度的微观结构细化显著提升了强度。
- 层片簇尺寸在2至6 μm之间，有助于实现强度与延性的平衡性能。
- 该合金在-196 °C至760 °C的宽温度范围内表现出稳定的力学性能，表明优异的热稳定性。
- 成功实现了无裂纹制备，克服了高熵合金中复杂共晶相SLM制造中的主要挑战。
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