低成本激光原位合金化制备A2 /B2 共格难熔高熵合金的微观结构演变与变形机制研究

针对Al-containing RHEAs（难熔高熵合金）因连续B2 基体和晶界Al-Zr析出导致的室温脆性问题，研究人员通过激光原位合金化技术优化工艺参数，成功制备出无缺陷、微观结构均匀且含纳米级椭球B2 相的A2 /B2 共格RHEAs。该合金通过二次微带扩散缓解应变局域化，兼具高屈服强度（固溶强化+B2 强化）和大拉伸塑性，为低成本制备高性能高温结构材料提供了新思路。

　　

在高温结构材料领域，镍基超合金的服役温度长期停滞在1100°C左右，而由W、Mo、Ta等难熔元素组成的RHEAs（难熔高熵合金）因其高熔点被视为突破这一极限的潜力材料。其中，具有A₂
（无序BCC）/B₂
（有序BCC）共格结构的Al-containing RHEAs因类似镍基超合金的γ/γ'双相特征备受关注。然而，这类合金存在两大致命缺陷：连续脆性B₂
基体导致室温塑性极低，晶界Al-Zr金属间化合物析出进一步恶化性能。传统解决方案如添加昂贵Ru元素或多步热机械处理，成本高昂且工艺复杂。

北京某研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地采用激光原位合金化技术，通过优化激光功率（3-5 KW）、扫描速度（400-800 mm/min）和送粉速率（12-24 g/min），直接使用Nb、Ta、Ti等元素混合粉末成功制备出无缺陷的Al₂
Zr₂
Ti₇
Nb₃
Ta₃
合金。该技术利用增材制造固有的热循环特性，在无需后处理条件下即获得均匀分布的纳米级椭球B₂
相和平整晶界。

关键实验技术
研究通过单轨实验确定工艺窗口，分析激光能量密度（LED）和质量沉积率（MDR）对成形质量的影响；采用高能球混制备50-150 μm的混合粉末；结合显微组织表征和力学性能测试揭示变形机制。

材料与微观结构
使用Ti₂
AlNb粉末替代纯Al，解决了Al元素易挥发难题。所得合金中B₂
相以离散纳米椭球形态均匀分布于A₂
基体，与传统铸造合金的连续B₂
通道形成鲜明对比。快速凝固有效抑制了晶界Al-Zr析出，这与Patricia Suárez Oca?o关于冷却速率影响微观结构的发现一致。

变形机制
合金的优异性能源于独特的变形协调：1）固溶强化和B₂
相强化贡献高屈服强度（~1.1 GPa）；2）共格B₂
域被位错剪切导致滑移面"软化"，引发初级微带应变局域化；3）次级微带扩散通过形成位错缠结、网络等亚结构抵消局部软化，实现动态应变硬化。这种"局部软化-硬化平衡"使合金屈服后保持稳定塑性流动，延迟颈缩。

结论与意义
该研究实现了三大突破：1）首次通过激光原位合金化制备低成本、成分均匀的A₂
/B₂
RHEAs；2）阐明共格B₂
相与位错交互作用机制，提出"微带扩散"新概念；3）为设计兼具高强度-塑性的高温合金提供新范式。相比Advika Chesetti采用的预合金粉末法，本研究原料成本降低60%以上。成果对推动RHEAs在航空发动机热端部件的应用具有重要工程价值，其"工艺-结构-性能"调控思路可拓展至其他共格强化合金体系。