含难熔元素的高熵合金预合金粉末制备工艺复杂、成本高昂,严重制约了该类高熵合金体系在激光增材制造领域的应用。为此,本研究以球磨混合的Zr、Ti、Al、Nb复合粉末为前驱体,采用同轴送粉激光增材制造技术原位合成Zr45Ti31.5Al13.5Nb10(at.%)轻质高熵合金(密度仅为5.79 g/cm3)。对增材制造高熵合金样品的微观结构分析后发现,该样品展现出单一的体心立方结构、等轴晶组织和软硬交替分布的层状结构。进一步TEM分析表明,样品的熔池区为无序的体心立方结构(BCC),热影响区为无序的体心立方结构中析出有序的体心立方结构(B2)纳米颗粒。增材制造高熵合金上述特殊的微观结构使其具备超越同成分铸造样品的优异力学性能:屈服强度大于1.4 GPa, 压缩真应变大于50%。对变形后的样品进行TEM分析后发现,熔池区与铸态高熵合金相同,为位错平面滑移主导的变形机制,而热影响区中由于B2相的存在,存在着大量的位错交滑移和位错缠结,这为增材制造高熵合金提供了更好的加工硬化能力,促进了变形的均匀性。该研究为发展高性能轻质高熵合金提供了新的思路。
相关工作近期发表在期刊Materials Science & Engineering A 867 (2023) 144745 (论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509323001697),研究得到了国家自然科学基金项目(52061160483, PolyU523/20, 52201181, 51971097),中国博士后基金面上项目(No. 2020M672336),以及香港理工大学PMFS项目(P0035796/1-W17D)的资助。