直接能量沉积制备Al0.5 CoCrFeNi高熵合金的微观结构演变与力学性能研究

本研究针对传统方法制备Al0.5 CoCrFeNi高熵合金(HEA)存在的晶粒粗大、成分偏析等问题，采用直接能量沉积(DED)技术成功制备了双相(FCC+BCC)结构HEA，系统揭示了沉积层从底部胞状晶到顶部等轴晶的梯度演变规律，发现反应层BCC相富集现象，最终获得强度-塑性协同提升的优异力学性能，为增材制造(AM)技术制备高性能HEA提供了理论依据。

　　

在材料科学领域，高熵合金(High-entropy alloys, HEAs)因其独特的多元固溶体结构和卓越的力学性能备受关注。其中Al-Co-Cr-Fe-Ni体系尤为突出，但传统铸造方法往往导致晶粒粗大、成分不均等问题。增材制造(Additive Manufacturing, AM)技术凭借其快速冷却和精确控温的特点，为解决这些问题提供了新思路。然而，如何通过AM技术实现HEAs微观结构的精准调控，仍是当前研究的难点。

南昌航空大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地采用直接能量沉积(Direct Energy Deposition, DED)技术，在轧制Al_0.5
CoCrFeNi基板上成功制备了具有优异性能的HEA。研究团队通过气雾化法制备合金粉末，利用LMD-8060P设备进行DED加工，结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等技术系统分析了样品的相组成、微观结构和力学性能。

材料与方法
研究采用气雾化法制备Al_0.5
CoCrFeNi粉末，平均粒径为100.7μm。DED加工过程中，激光功率3kW，扫描速度10mm/s，送粉速率10g/min，层厚0.3mm。通过XRD分析相组成，SEM观察微观结构，显微硬度仪和拉伸试验机测试力学性能。

微结构表征
XRD结果显示DED样品呈现FCC+BCC双相结构，符合价电子浓度(VEC)理论预测。微观结构分析发现沉积层呈现明显的梯度变化：底部为胞状晶，中部为柱状晶，顶部为等轴晶。BCC相主要分布在枝晶间(ID)区域，而FCC相主导枝晶(DC)区域，反应层BCC相含量最高。

结论
该研究成功实现了DED技术制备Al_0.5
FeCoCrNi HEA，其创新性发现包括：1)首次揭示了DED过程中柱状晶向等轴晶转变(CET)的演变规律；2)发现BCC相含量沿沉积方向呈梯度分布的特征；3)阐明了固溶强化和沉淀强化协同作用机制。相比传统方法制备的HEA，DED样品展现出更优异的强度和塑性匹配，硬度在反应层达到峰值。

这项研究不仅为AM技术制备高性能HEA提供了重要理论指导，其揭示的梯度结构调控机制也为开发新型多功能材料开辟了新途径。特别是对航空航天领域需要兼具高强度和良好塑性的部件制造具有重要应用价值。研究团队提出的DED工艺参数优化方案，为工业化生产提供了可靠的技术支撑。