文章导读：

在3D打印金属材料的实际应用中，微观结构和力学性能的各向异性是至关重要的考量因素。选择性激光熔化(SLM)是一种广泛应用的3D打印技术，与传统的铸造方法相比，其在近净成形大型和复杂几何形状部件方面，具有显著优势，如今已成为制备高熵合金(HEAs)的热门方法。此外，SLM过程的高冷却速度促进了微观组织的细化，从而提高了3D打印部件的力学性能。迄今为止，许多高熵合金体系已成功由SLM技术制备，如CoCrFeNi，CoCrFeMnNi，AlCoCrFeNi以及AlCoCrFeNi_2.1，在室温拉伸载荷下表现出良好的强度和塑性组合。然而，SLM制备的合金通常经历复杂的循环热历史和逐层定向散热，从而形成了沿构建方向分布的复杂微观结构，如打印缺陷、织构、外延柱状晶和熔池边界，从而导致了力学性能的各向异性。考虑到微观结构决定着材料的性能，尤其是对于承重结构部件，探究3D打印金属材料的结构和性能各向异性十分重要。然而，大量关于3D打印高熵合金的研究集中在成形工艺参数、微观结构、力学性能，其结构和性能的各向异性受到较少关注。近年来，(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金体系由于优异的力学性能和良好的成型性受到广泛关注，使其成为一种具有实际应用前景的结构材料。

华中科技大学非晶态材料研究实验室柳林课题组基于3D打印一次成形的设计理念，通过优化SLM成形(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金过程的激光功率、扫描速度和扫描策略，制备得到具有微观结构和力学性能各向异性的低孔隙率高熵合金，并探究了其各向异性的起源。由于SLM过程的定向和快速凝固过程，SLM成形(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金中形成了沿构建方向和垂直于构建方向分布的各向异性微观，即半椭圆形和线形的熔池形态，<001>外延柱状晶织构和等轴形态的晶粒，伴随着L2₁相在边界析出的柱状和胞状亚结构，从而引起了力学性能的各向异性。拉伸测试结果表明在不同拉伸方向上，该合金的强度表现出轻微的各向异性，但塑性有显著差异。0°试样表现出最佳的强度和塑性组合，伸长量为31.5%，约为45°和90°试样的2.6倍。对拉伸测试后的样品分析发现，塑性各向异性主要来源于裂纹扩展行为的差异。在0°试样中，裂纹扩展通过沿晶和穿晶两种模式发生，两种模式之间的相互作用有效阻碍了裂纹扩展。相反，在45°和90°试样中，裂纹扩展主要沿着连续的平直熔池边界(MPBs)发生，从而降低了塑性。

相关工作近期发表在期刊Journal of Materials Research and Technology上，第一作者：刘丽雪，通讯作者：潘杰、柳林，研究得到了国家自然科学基金（No. 52061160483, 52022100和52371155）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.10.161

                   图1 (a)顶面和(b)侧面的TEM明场像，展示了显示了SLM成形(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金的胞状和柱状亚结构，插图为FCC基体和L2₁析出相的选区电子衍射。(c)侧面的STEM图像及相应元素分布。

图2 不同取向样品的(a)工程应力-应变曲线和(b)屈服强度、抗拉强度和伸长量统计图。