高熵合金（HEAs）和中熵合金（MEAs）是由等摩爾或接近等摩爾比的幾種元素組成的合金。HEAs/MEAs的特殊組成特性導(dǎo)致其具有高強(qiáng)度和硬度、良好的熱穩(wěn)定性、高耐蝕性、高溫抗氧化性和優(yōu)異的磁性能等。電弧熔煉是最常用的HEAs/MEAs制備方法，可以在一定程度上凈化鑄錠，改善結(jié)晶。然而電弧熔煉中較低的冷卻速率容易導(dǎo)致粗大晶粒的形成，這對合金的性能有不利影響。與電弧熔煉法相比，激光重熔法或激光增材制造（AM）法可以提供超快的冷卻速率（高達(dá)104-107 K/s），這有利于擴(kuò)大固溶極限，細(xì)化晶粒，消除偏析，形成新的亞穩(wěn)態(tài)相，最終表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。近年來，共晶HEAs和MEAs因其在強(qiáng)度-延展性方面的優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。合金由相互分離的軟相（即FCC相）和硬相（即B2相）組成。現(xiàn)階段主要制備方法是電弧熔煉。研究激光處理在優(yōu)化共晶HEAs或MEAs組織和提高力學(xué)性能方面的有效性是非常有必要的，這是目前尚未明確的。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究人員利用激光重熔制備了共晶中熵合金AlCrFe2Ni2，探討了激光重熔對合金組織、相演變和力學(xué)性能的影響。通過計算四種潛在的強(qiáng)化機(jī)制來評估主要的強(qiáng)化機(jī)制，以預(yù)測重熔MEA的屈服應(yīng)力。相關(guān)論文以題為“Refined microstructure and enhanced mechanical properties of AlCrFe2Ni2 medium entropy alloy produced via laser remelting”發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.05.033

研究發(fā)現(xiàn)鑄態(tài)MEA中存在長板狀FCC、B2相以及由B2和BCC相組成的隨機(jī)分布的調(diào)幅分解結(jié)構(gòu)。重熔后的組織由有序的B2相和無序的BCC相組成。激光重熔后，MEA的平均晶粒尺寸明顯減小。表明激光重熔的快速冷卻速率促進(jìn)了晶粒細(xì)化。與鑄態(tài)MEA相比，重熔后的MEA具有優(yōu)異的力學(xué)性能。重熔后MEA的硬度和屈服強(qiáng)度分別為7.55 GPa和1647.2 MPa，塑性評價的Wp/Wt值為0.73。重熔后，合金硬度明顯提高，屈服強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，并且塑性幾乎沒有下降。

圖1 激光重熔試樣的EBSD圖像

圖2 （a）鑄態(tài)MEA和（b）重熔MEA的SEM圖像

圖3 鑄態(tài)AlCrFe2Ni2合金的TEM圖

圖4 重熔AlCrFe2Ni2合金的TEM圖

圖5 （a）納米壓痕的硬度結(jié)果; （b）鑄態(tài)和重熔后MEA的兩個截面的載荷-位移曲線

本文采用激光重熔技術(shù)研究了快速冷卻速率對無Co AlCrFe2Ni2中熵合金組織和力學(xué)性能的影響。根據(jù)納米壓痕試驗數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，以評價合金的力學(xué)性能。用理論計算分析了重熔合金的強(qiáng)化機(jī)理。計算得到的屈服強(qiáng)度為1840.66 MPa，與納米壓痕得到的屈服強(qiáng)度（1647.2 MPa）基本一致。詳細(xì)的強(qiáng)化機(jī)理分析表明，位錯強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化是主要機(jī)制，對重熔后MEA屈服強(qiáng)度的增加分別為904.02 MPa和700.29MPa。本研究對激光重熔在HEA/MEA上的應(yīng)用有積極作用。

審核編輯 ：李倩