难熔高熵合金（RHEAs）是一类具有特殊结构和性能的金属材料，它们通常具有高熔点、室温脆性和高温抗氧化性不足等缺陷，导致其在加工应用方面受到严重限制。然而，随着增材制造技术的发展，这一局面有望得到改变。
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和定制结构的金属材料。它通过逐层堆积材料的方式，可以实现对金属材料进行精确的控制和调整，从而大大提高材料的性能和功能。因此，这项技术被认为是解决RHEAs加工难题的理想途径。
利用增材制造技术可以在保护气氛下自由近净成形难熔合金，从而避免了传统加工方法中存在的氧化、熔点过高等问题。该技术能够将金属粉末或线材逐层熔化和固化，形成所需的复杂结构。同时，增材制造技术还能通过优化工艺参数，调控材料的组织结构和成分，进一步提高RHEAs的性能。
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://doi.org/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
作者在难熔高熵合金强韧化方面的近期工作如下，欢迎关注：
图6 铸就难熔高熵合金利剑(https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.01.038)
西北工业大学王锦程教授团队长期开展材料多尺度模拟计算、高熵合金及增材制造等方面研究工作，在金属领域顶级期刊Nature Communications、Acta Materialia、IJP、JMST、Additive Manufacturing上已发表论文40余篇，课题组网站：http://www.jchwang.com
总的来说，增材制造技术在RHEAs材料的制备中展现出了巨大的潜力。通过利用增材制造技术的优势，可以实现RHEAs材料的近净成形，并获得超强高韧性的特性。然而，我们仍然需要进一步研究和探索，以解决在应用增材制造技术制备RHEAs材料过程中遇到的挑战和问题。这将为材料工程领域的发展带来新的突破和可能性。
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