解析：高熵合金FeCoCrNiMn的增材制造工藝

來源：增材研究

FeCoCrNiMn雖然是最早發(fā)現(xiàn)的高熵合金之一，但人們對(duì)其的研究始終沒有停止。為了得到FeCoCrNiMn的精密零件或涂層，增材制造是目前最優(yōu)選擇。發(fā)揮增材制造的特有優(yōu)勢(shì)，是設(shè)備使用者們的不斷追求。

一、等離子熔覆（PTA）
等離子熔覆（PTA）是制備較厚高熵合金涂層的優(yōu)選方案。

武漢大學(xué)與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研究了如何通過工藝調(diào)整得到期望的FeCoCrNiMn涂層。團(tuán)隊(duì)以65Mn作為基體，熔覆電流分別為110A、130A、150A、170A、190A進(jìn)行試驗(yàn)。

隨著電流增大，枝晶間組織（ID）變大變平整，電流變化對(duì)元素?cái)U(kuò)散有顯著影響。

電流在110A至150A間，涂層硬度隨著電流增大而減小。電流在170A時(shí)，涂層硬度陡降。電流在190A時(shí)，涂層硬度變大，與基體元素熔入有關(guān)。

電流變化對(duì)相結(jié)構(gòu)沒有影響，電流變大使涂層擇優(yōu)取向由（111）轉(zhuǎn)為（200）。

二、選區(qū)激光熔融（SLM）：
選區(qū)激光熔融（SLM）是增材制造技術(shù)中的一種粉末床熔融制備方式。SLM的工藝變化可以調(diào)控合金的微觀結(jié)構(gòu)。

中南大學(xué)與中國(guó)建材總院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)近期開展了SLM制備FeCoCrNiMn的工藝研究。試樣成分為：21.69 Fe-20.26 Co-19.43 Cr-20.45 Ni-16.83 Mn-0.92 N-0.42 Si (at%)。改變掃描偏轉(zhuǎn)角度（45°、67 °、 90°），保持恒定的掃描速度（800 mm/s）、層厚（40 μm）和激光間距（80 μm）來制備三組樣品。

三組樣品都觀察到明顯的位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)。相較于R45樣品，R67和R90樣品具有高位錯(cuò)密度，胞壁和胞的內(nèi)部都有大量的位錯(cuò)纏結(jié)。

選用45°激光掃描偏轉(zhuǎn)角度制備的樣品中90°枝晶生長(zhǎng)模式和扁平的熔池輪廓， 因而其微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的柱狀樹枝晶的外延生長(zhǎng)。并且，R45 樣品沿構(gòu)建方向上（X-Z 面）的晶粒呈明顯的柱狀形貌，具有最大的晶粒尺寸為 128 μm。

小的晶粒尺寸降低了裂紋敏感性，使得選用 67°激光掃描偏轉(zhuǎn)角度制備的樣品具 有低密度的熱裂紋缺陷，而且選區(qū)激光熔融制備工藝中形成了多層級(jí)結(jié)構(gòu)，包括高密度位錯(cuò)胞、位錯(cuò)纏結(jié)、細(xì)小析出相和多峰晶粒結(jié)構(gòu)，有效地提高合金的力學(xué)性能，因而 R67 樣品具有最優(yōu)的力學(xué)性能和高的加工硬化率：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為 614 MPa，758 MPa 和 15.7%。

變形引起的高密度微觀條帶和少量的孿晶是 FeCoCrNiMn高熵合金的變形機(jī)制，華中科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研究了工藝參數(shù)對(duì)SLM成形FeCoCrNiMn高熵合金的相組成、微觀組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律。

SLM成形過程中，熔池與熔池之間(XY成形面)及層與層之間(Z成形面)凝固搭接具有一定的時(shí)間差，導(dǎo)致上一熔池(層)與下一熔池(層)之間物理狀態(tài)不同，熔池與已凝固的基體接觸，較大的溫度梯度會(huì)使在凝固搭接面產(chǎn)生較大過冷度，形成尺寸細(xì)小的亞晶粒，同時(shí)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致在晶粒邊界處易產(chǎn)生開裂形成裂紋。熔池(層)邊界處存在的較大熱應(yīng)力使其在腐蝕時(shí)具有較快的腐蝕速度易形成腐蝕坑，在搭接處易形成特征形貌。

上海交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)研究了SLM溫度梯度G和凝固速度R對(duì)結(jié)晶形式的影響。隨著G/R的增大，晶粒形態(tài)由平面晶向胞狀晶、柱狀樹枝晶、等軸樹枝晶依次轉(zhuǎn)變。由于金屬導(dǎo)熱系數(shù)較大，水平方向的總熱流方向會(huì)偏向已沉積的金屬一側(cè)，因此，總的熱流方向就是斜向下。