TiB2纳米颗粒增强CrCoNi中熵合金的增材制造与强化机制研究

本文系统研究了通过激光粉末床熔融（LPBF）技术制备4 wt.% TiB2纳米颗粒增强CrCoNi中熵合金（MEA）复合材料的工艺优化与力学性能。研究揭示了晶界强化、位错强化与Orowan强化的协同作用机制，为开发高性能纳米增强金属基复合材料提供了重要理论依据和工艺指导。

　　

Highlight

通过激光粉末床熔融（LPBF）成功制备了4 wt.% TiB₂纳米颗粒增强的CrCoNi中熵合金（MEA）复合材料。该复合材料表现出1020 MPa的屈服强度（σ_y）和1262 MPa的极限抗拉强度（UTS），总延伸率（TE）为4.85%。研究通过电子显微镜和位错晶体塑性模型揭示了变形机制，主要涉及位错滑移和晶粒间的变形异质性。强度提升归因于TiB₂纳米颗粒诱导的晶界强化、位错强化和Orowan强化的协同效应，而延展性受限则主要源于脆性相生成、局部应力集中及晶界位错积累导致的早期裂纹形成。

Conclusions

本研究通过LPBF技术成功制备了4 wt.% TiB₂纳米颗粒增强的CrCoNi MEA复合材料，并通过密度与力学性能评估优化了工艺参数。结合实验与模拟方法，系统分析了其室温变形机制，主要结论如下：

（1）优化后的LPBF参数（激光功率180 W、扫描速度600 mm/s）可实现相对密度达99.6%的复合材料；

（2）复合材料强度显著提升源于TiB₂纳米颗粒的晶界强化、位错强化与Orowan强化协同作用；

（3）延展性下降主要归因于脆性相（Cr₂B与(Co,Ni)Ti₂）的形成、局部应力集中及晶界位错堆积。