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SLM制备CoCrFeNiMn高熵合金的分层组织及强化机理

高熵合金(High entropy alloy,HEAs)以其新颖的合金设计理念和优异的力学性能自问世以来受到了广泛的关注。CoCrFeNiMn作为一种具有代表性的高熵合金,已经得到了广泛的研究。这种高熵合金的一个有趣的特性是其在低温下的断裂韧性,使其成为低温结构材料的候选材料。目前高熵合金的制备主要依赖于传统的熔融或铸造方法,在成本和实际应用效率方面存在很大的局限性。增材制造(Additive Manufacturing,AM)基于其净形制造能力和设计自由度的优势,可以直接从CAD模型中获取具有复杂几何形状的零件。在各种AM方法中,选择性激光熔炼(SLM)技术得到了越来越广泛的应用,并被用于工程材料的制备。

新加坡制造技术学院和悉尼大学的Zhu和An等人通过SLM成功地制备了一种近全致密CoCrFeNiMn高熵合金。所构建的样品呈现出分层结构,包括熔池、柱状颗粒、亚微米细胞结构和位错(图1)。与传统方法相比,在预制试样中获得了高强度和高延性的优异组合(图2)。

图1 (a) OM,(b) 正面SEM图像,(c) 蜂窝结构的SEM图像,(d) 正面的EBSD图,(e) 叠加HAGBs(蓝线)和LAGBs(红线)的EBSD图像质量图,(f) 正面KAM图,(g) 具有SAED模式的蜂窝结构的明场STEM图像,(h) 由(g)中的正方形示出区域的明场STEM图像和该区域的元素分布图

图2 (a) EBSD图,(b) KAM图,(c d) 预制试样拉伸断裂的明场STEM图

定量分析表明,位错硬化对材料强度的提高起着重要作用,而非晶界强化。良好的塑性与复杂位错活动控制的稳定应变硬化有关。

参考文献:

1.Zhu Z G , Nguyen Q B , Ng F L , et al. Hierarchical microstructure and strengthening mechanisms of a CoCrFeNiMn high entropy alloy additively manufactured by selective laser melting[J]. Scripta Materialia, 2018, 154:20-24.

(作者:程子豪、张航)

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