高熵合金以其獨特的性質，如熱力學上的高熵效應、動力學上的遲滯擴散效應、晶體學上的晶格畸變效應，以及使用時的雞尾酒效應，展現出良好的力學性能和耐腐蝕性。相變誘導塑性高熵合金通過在變形過程中發生馬氏體相變，延遲了裂紋的產生，同時提高了金屬的加工硬化率，解決了塑性-強度難題，具有極大的研究潛力和應用前景。增材制造技術，如激光熔化沉積和選區激光熔化成形（SLM），由于其局部熔池快速凝固的特點，成形的高熵合金成分均勻、晶粒細小，力學性能遠高于鑄件。

     此外，激光增材制造技術在制備高熵合金方面也取得了顯著進展。通過激光熔化沉積和選區激光熔化成形兩種主要激光增材制造技術，可以制備出具有優異微觀結構和力學性能的高熵合金，這些技術的發展為高熵合金的制備提供了新的方法和思路。

“ 3D Science Valley 白皮書 圖文解析

”

本期，通過節選近期國內在高熵合金增材制造領域的實踐與研究的多個閃光點，3D科學谷與谷友一起來領略的這一領域的研究近況。

增材制造技術在制備高性能高熵合金方面展現出了巨大的潛力，通過精確控制工藝參數，可以有效優化合金的微觀組織和力學性能，為高熵合金的應用提供了廣闊的前景。”

 激光增材制造相變
     誘導型高熵合金的研究進展

田春茂1曹裕棟2歐陽迪1,3周文琰1蔡超1史玉升1

1華中科技大學材料成形與模具技術全國重點實驗室2.北京遙感設備研究所3.香港理工大學工業及系統工程系

摘要：

高熵合金是以4種及以上元素為主元的合金，熱力學上存在高熵效應，動力學上呈現遲滯擴散效應，晶體學上表現為晶格畸變效應，使用時展現出雞尾酒效應，具有良好的力學性能和耐腐蝕性。相變誘導塑性高熵合金通過在變形過程中發生馬氏體相變，延遲了裂紋的產生，同時提高了金屬的加工硬化率，解決了塑性-強度難題，具有極大的研究潛力和應用前景。鑄造高熵合金存在偏析嚴重、晶粒粗大等缺陷，成形樣品力學性能差。增材制造具有局部熔池快速凝固的特點，成形的高熵合金成分均勻、晶粒細小，力學性能遠高于鑄件。本課題闡述了增材制造成形相變誘導塑性高熵合金的顯微組織、力學性能、組織演變、耐蝕性等方面的研究進展，并展望了未來的研究方向。

 激光熔化沉積成形
     新型多組元Ni3Al合金的組織與力學性能

韓志豪1,2張弘斌1周海萍1劉學2

1山東科技大學機械電子工程學院2. 中國工程物理研究院材料研究所

摘要：

本課題設計了一種新型多組元Ni3Al合金Ni45Co23Fe9Al11Ti12,并采用激光熔化沉積(LMD)技術成功制備了合金。使用X射線衍射、掃描電鏡、萬能試驗機等研究了沉積態合金的微觀組織和室溫力學性能。

結果表明：LMD制備的Ni45Co23Fe9Al11Ti12合金的晶粒為沿沉積方向外延生長的粗大柱狀晶，晶粒由無側向分枝的胞狀枝晶組成，枝晶內部和枝晶間區域均由網狀FCC基體和塊狀γ′相組成，且枝晶間區域的γ′相尺寸大于晶內。LMD成型的Ni45Co23Fe9Al11Ti12合金具有良好的室溫性能，其屈服強度達到879 MPa,抗拉強度為1160 MPa,斷裂伸長率為9.5%,綜合力學性能遠優于同類合金，其屈服強度的顯著提高可能與高密度γ′相有關。

 激光增材制造相變誘導型
     高熵合金的研究進展

田春茂1曹裕棟2歐陽迪1,3周文琰1蔡超1史玉升1
1中科技大學材料成形與模具技術全國重點實驗室2.北京遙感設備研究所3.香港理工大學工業及系統工程系

摘要：

高熵合金是以4種及以上元素為主元的合金，熱力學上存在高熵效應，動力學上呈現遲滯擴散效應，晶體學上表現為晶格畸變效應，使用時展現出雞尾酒效應，具有良好的力學性能和耐腐蝕性。相變誘導塑性高熵合金通過在變形過程中發生馬氏體相變，延遲了裂紋的產生，同時提高了金屬的加工硬化率，解決了塑性-強度難題，具有極大的研究潛力和應用前景。鑄造高熵合金存在偏析嚴重、晶粒粗大等缺陷，成形樣品力學性能差。增材制造具有局部熔池快速凝固的特點，成形的高熵合金成分均勻、晶粒細小，力學性能遠高于鑄件。本文闡述了增材制造成形相變誘導塑性高熵合金的顯微組織、力學性能、組織演變、耐蝕性等方面的研究進展，并展望了未來的研究方向。

 激光增材制造AlCoCrFeNiSi
     高熵合金的氧化行為

郭靜波1楊守華1周子翼1牟仁德2謝云1舒小勇1戴建偉2彭曉1
南昌航空大學材料科學與工程學院2.中國航發北京航空材料研究院

摘要：

利用激光熔化沉積技術（LMD）增材制造了具有單相bcc結構的Al0.21Co0.17Cr0.13Fe0.11Ni0.18Si0.20高熵合金（HEA），其晶粒尺寸隨著激光功率從900 W降低至700 W而逐步減小。在1100 ~oC“干”空氣和含10%H2O的“濕”空氣的恒溫氧化實驗表明：該HEA能穩定生長單一的Al2O3膜；晶粒尺寸減小導致所生長Al2O3膜的氧化速度降低；H2O蒸氣加快Al2O3膜生長速度。

 激光熔覆FeCoCrNiMnNb
     高熵合金涂層的組織及耐磨性

周文婷1朱春霞1李凡2
沈陽建筑大學機械學院2.沈陽工程學院能源與動力工程學院

摘要：

為研究Nb元素對FeCoCrNiMn高熵合金組織及性能的影響,利用激光熔覆技術在Q235鋼表面制備FeCoCrNiMnNb高熵合金涂層,分別對涂層的相組成、微觀組織、元素分布、納米硬度及磨損行為進行研究。

結果表明：FeCoCrNiMnNb高熵合金涂層由FCC相和Laves相組成。其中，基體相為FCC相，棒狀組織為Laves相。由于固溶強化和第二相析出強化效應，FeCoCrNiMnNb高熵合金涂層的納米硬度顯著提升，約為9.193 GPa，約為FeCoCrNiMn涂層的兩倍。由于納米硬度的顯著提升，FeCoCrNiMnNb涂層的具有極佳的耐磨性，其磨損率為2.549×10-5mm3/N·m，約為FeCoCrNiMn涂層的0.33倍。FeCoCrNiMnNb涂層的磨損機制為單一的磨粒磨損。綜上所述，FeCoCrNiMnNb高熵合金涂層具有極高的納米硬度和優異的耐磨性。

 FeCoCrNiMn-WC高熵合金
     熔覆涂層組織與性能研究

王歡樂1謝渭莉1張天亮1史嘯妍1劉力豪2
1.西安重裝蒲白煤礦機械有限公司2.陜西理工大學材料科學與工程學院

摘要：

為了探究WC顆粒對熔覆涂層組織與性能的影響，采用1200 W激光功率和6 mm/s的掃描速度在NM450鋼表面制備FeCoCrNiMn-x WC高熵合金熔覆涂層。通過X射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）、維氏顯微硬度計、摩擦磨損試驗機對涂層的物相、顯微組織、力學性能及耐磨性能進行了研究。

結果表明：當FeCoCrNiMn高熵合金涂層加入WC顆粒后，高熵合金復合涂層組織主要為FCC和BCC相，含有少量WC、W2C和Cr7C3相，顯微結構為柱狀晶和胞狀晶組織。在10%WC復合涂層綜合性能最佳，顯微硬度達到最大值484.5 HV0.3；摩擦因數為0.58，磨損量和磨損率最低分別為0.011 4 g與0.857×10-5g/（N·m），復合涂層的磨損方式主要為磨粒磨損與氧化磨損，并伴隨黏著磨損。

 TiC含量對AlCoCrFeNi高熵合金
     熔覆層組織與耐磨性的影響

張宏亮1王明欣2張京兵3李玉濤2金頭男2
1.中儲恒科物聯網系統有限公司2.北京工業大學材料科學與工程學院3.北京特種機械研究所

摘要：

利用激光熔覆法在40CrNiMo鋼表面制備AlCoCrFeNi-2xMo-xTiC(x=0、0.1、0.25、0.4)高熵合金熔覆層，通過XRD、SEM、EBSD、TEM及耐磨性試驗研究了TiC及Mo含量對AlCoCrFeNi-2xMo-xTiC熔覆層組織與耐磨性的影響。

結果表明，當原位生成TiC后，熔覆層的顯微組織有BCC和TiC相。隨著TiC原子分數不斷增加，碳化物析出相尺寸逐漸增大，熔覆層晶粒明顯細化，晶粒尺寸由109μm變為15μm。AlCoCrFeNi-0.8Mo-0.4TiC熔覆層硬度最高，為750 HV0.3,相比AlCoCrFeNi熔覆層高300 HV0.3。TiC原子分數增加后熔覆層硬度和耐磨性都上升。AlCoCrFeNi熔覆層磨損表面磨屑較多，磨損機制是粘著磨損。AlCoCrFeNi-0.2Mo-0.1TiC、AlCoCrFeNi-0.5Mo-0.25TiC、AlCoCrFeNi-0.8Mo-0.4TiC熔覆層的磨損機理均為磨粒磨損。

 激光熔覆-滲氮復合改性
     38CrMoAl鋼及耐腐蝕性能

張勇1,2楊文飛1王安東1樊偉杰1張偉2藍陽2
1.海軍航空大學青島校區2.中南大學粉末冶金研究院

摘要：

目的 增加38CrMoAl滲氮鋼海洋環境下耐腐蝕性能。方法 采用激光熔覆設備和等離子體滲氮爐，在38CrMoAl表面先后進行FeCoCrNiAl0.5高熵合金（HEA）涂覆和離子滲氮處理，同時對激光熔覆-滲氮復合處理的38CrMoAl進行機理和耐蝕性分析。

結果 復合處理38CrMoAl表面生成厚度約為0.6mm高熵合金（HEA）+0.35μm氮化高熵合金（HEAN）改性層，氮化HEA層組織結構由HEA的單一FCC結構轉變為復相（FCC+AlN+CrN）結構，基體、HEA和氮化HEA層的平均硬度分別為400、225、1164HV，復合處理后38CrMoAl鹽霧試驗下6 d后表面開始出現蝕坑，而未經過任何處理的38CrMoAl表面2 d后即出現明顯的腐蝕現象。

結論 激光熔覆-氮化復合處理能夠有效改善38CrMoAl的耐腐蝕性能，中間的軟韌型HEA層不僅增加了侵蝕性離子的擴散壁壘，還可作為高硬度表層和基體之間的緩沖介質而避免表面脆化。

 原位氧化FeNiMnAlCrC
     高熵合金的光熱轉換性能

李雨潔1章飛2陳梅潔2李開洋3熊志平4宋旼1王章維1
1.中南大學粉末冶金國家重點實驗室2.中南大學能源科學與工程學院3.華北電力大學能源動力與機械工程學院4.北京理工大學沖擊環境材料技術國家級重點實驗室

摘要：

本研究采用經濟的原位氧化和選擇性刻蝕工藝，通過調控氧化溫度和表面粗糙度，研究了Fe40Ni11Mn35Al7Cr6C1（at.%）高熵合金表面的氧化產物變化及其對太陽能光熱轉換性能的影響。

結果表明：在500-700 ℃范圍內，隨著溫度升高和刻蝕引起的初始表面粗糙度增大，氧化后高熵合金表面的氧化物尺寸、氧化層厚度、粗糙度和氧化物種類均呈上升趨勢，使得光熱轉換性能逐漸提升。預先刻蝕并在700 ℃氧化2 h后合金的太陽能吸收率和光熱轉換效率分別達到峰值90.4%和87.9%。當氧化溫度繼續升高至800 ℃后，由于熱膨脹系數不匹配導致熱應力增大，合金表面生成的氧化層均開始大面積脫落，進而導致材料的光熱性能開始下降。

本研究為金屬氧化層的有效設計提供了理論支持，有助于實現高熵合金光熱性能的優化與提升。

 WC含量對激光熔覆CoCrFeNiTi
     高熵合金涂層組織及耐腐蝕性能的影響

吳文寧、孫文磊、楊玉林、于江通、路程、包勝輝
新疆大學機械工程學院

摘要：

為了延長脫硫漿液循環泵葉輪的壽命，采用激光熔覆技術在脫硫漿液循環泵葉輪的母材30CrMnSiA鋼表面制備了WC增強CoCrFeNiTi-WCx（x=0,5,10,15,20，質量分數，%）高熵合金涂層，研究了WC含量對涂層的顯微組織、力學和耐蝕性能影響。

研究發現CoCrFeNiTi高熵合金涂層相組成為fcc（Fe-Ni）、bcc（Fe-Cr）、Laves（CoTi2）和AB-type（Ti的化合物），隨著WC含量增加，Laves相衍射峰強度增強，且生成了新相碳化物（WC、Ti C、Cr7C3和Fe3C）。CoCrFeNiTi高熵合金涂層主要組織為底部的胞狀晶和頂部的等軸枝晶，隨著WC含量增加，涂層組織主要為等軸枝晶，且晶粒尺寸逐漸細化。WC的加入提高了涂層的性能，其中CoCr FeNiTi-20%WC涂層硬度(HV0.2)最大，為6419 MPa，且摩擦系數（0.664）和磨損率(1.3×10～2 μm3·（s·N）-1)最小，耐磨性能最好，磨損機制主要為輕微的黏著磨損和磨粒磨損。此外，隨著WC含量的增加，涂層表現出更低的腐蝕速率和腐蝕電流。其中，CoCrFeNiTi-20%WC涂層腐蝕電流最小，耐腐蝕性能最好。

 基于固溶強化的激光定向能量沉積
     TiZr基高熵合金成分設計與強塑性優化

鄔良怡1,2于君1,2林鑫1,2閆喬單1,2王林增1,2牛毅豪1,2
1.西北工業大學凝固技術國家重點實驗室2.西北工業大學高性能金屬增材制造工信部重點實驗室

摘要：

目前，部分TiZr基高熵合金由于大量脆性相的析出，呈現出強塑性難以平衡的問題，阻礙了合金作為復雜構件材料的工程應用。利用激光定向能量沉積技術基于混合元素法及非平衡快速凝固特性，實現成分設計的獨特優勢。通過調整TiZr基高熵合金主元成分，實現了非等原子比Ti39Zr39Nb11Mo5.5V5.5的致密成形，并獲得了無金屬間化合物等脆性相析出的單相固溶體合金。合金呈現出優異的塑性變形能力，其壓縮應變超過了50%，而50%應變率時的壓縮應力達2 194 MPa。進一步分析表明，固溶強化是合金呈現較高強度的關鍵，其對屈服強度的貢獻超過了75%。

 高速激光熔覆FeCoCrNiMo高熵合金
     涂層微觀組織演變及耐腐蝕性能研究

肖浩1,2黃劍1,3汪鵬4許培鑫4徐一斐4張東月4杜博睿4
1.中交第二航務工程局有限公司2.中交公路長大橋建設國家工程研究中心有限公司3.長大橋梁建設施工技術交通行業重點實驗室4.中機新材料研究院(鄭州)有限公司

摘要：

本課題采用高速激光熔覆（Extremely high-speed laser cladding,EHLC）技術制備了FeCoCrNiMo高熵合金涂層，系統的分析了涂層微觀組織與相結構、成形工藝及耐腐蝕性能。

結果表明：高速激光熔覆制備的FeCoCrNiMo高熵合金涂層主要由富集Fe、Co與Ni的面心立方（Face-centered cubic, FCC）基體相及其周圍富集Mo與Cr的體心立方（Body-centered cubic, BCC）沉淀相組成。涂層底部至中間區域主要由FCC相的柱狀晶與枝晶間交替的亞微米級BCC/FCC片層狀共晶組織構成，頂部區域卻主要由FCC/BCC交替的片層狀共晶組織構成的等軸晶組成。此外，45鋼基材熱影響區的馬氏體相變，增加了涂層的拉應力，導致高熵合金涂層形成了網狀或條狀穿晶裂紋。利用316L不銹鋼打底結合降低線速度的工藝方法，有效的解決了涂層開裂的問題，同時保持了涂層較高硬度水平。與傳統304不銹鋼涂層相比，高熵合金涂層自腐蝕電位高0.13V，但腐蝕電流密度卻僅僅只是其1/6，涂層膜電阻是其235倍，表現了更加優異的耐腐蝕性能。另外，高熵合金涂層頂部分布的均勻且細小的FCC/BCC片層狀共晶組織是其耐腐蝕的關鍵原因。

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