调控多孔高熵合金中间层熔融状态提升铝/钢激光异种焊接接头强韧性的研究

为解决铝/钢异种材料焊接中因冶金不相容导致的脆性金属间化合物(IMCs)和残余应力问题，研究人员创新性地采用等原子比FeCoNiCr高熵合金(HEA)多孔涂层作为中间层进行激光焊-钎焊。研究发现，通过调控HEA涂层的熔融状态（未熔融与部分熔融），可显著改变界面微观结构：未熔融时形成Al3Ni、(Al,Si)2Cr和τ5-Al7.2Fe1.8Si纳米梯度相，部分熔融时则生成Al5FeNi、AlNi及与HEA骨架共格的富Cr FCC纳米层。部分熔融接头拉伸强度提升23.7%（3059 N→3785 N），延伸率提高66.8%（2.11 mm→3.52 mm），为高性能异种材料连接提供了新策略。

　　

在现代工业轻量化与高性能制造的浪潮中，铝/钢异种材料组合因其互补性能成为汽车、航空航天等领域的热门选择。然而，这对"金属CP"的焊接却面临严峻挑战——两者熔点差异悬殊，冶金反应易生成脆性金属间化合物(Intermetallic Compounds, IMCs)，犹如在接头处埋下隐形裂纹。更棘手的是，热膨胀系数差异导致的残余应力会让焊接结构在服役中提前"罢工"。传统解决方案如添加纯金属中间层往往顾此失彼，难以同时兼顾强度与塑性。

江西某高校联合国内外团队在《Materials Science and Engineering: A》发表突破性研究，将材料界新秀高熵合金(High Entropy Alloy, HEA)与多孔结构设计理念相结合，开创性地采用等原子比FeCoNiCr多孔涂层作为激光焊-钎焊中间层。这种"双创新"策略中，HEA的高熵效应能抑制有害IMCs生成，而三维多孔结构则像微观抗震结构，通过塑性变形吸收断裂能量。研究团队通过精准调控激光参数，实现了对HEA涂层熔融状态的可编程控制，发现部分熔融状态下接头性能产生质的飞跃。

关键技术包括：真空烧结制备FeCoNiCrMn HEA多孔涂层（20-53 μm粉体）、激光功率梯度实验（高低功率对比）、SEM/EBSD微观结构表征、纳米压痕测试以及拉伸性能评估。通过建立熔融状态-微观结构-力学性能的映射关系，揭示了性能强化的底层机制。

【Microstructure】
高功率部分熔融涂层界面出现"相变革命"：未熔融时形成的Al₃Ni和(Al,Si)₂Cr被Al₅FeNi、AlNi替代，更关键的是生成与HEA骨架共格的纳米层状富Cr FCC结构。这种相干界面犹如"分子拉链"，大幅提升载荷传递效率。EBSD分析显示部分熔融区晶粒取向随机化，有效阻碍裂纹扩展。

【Conclusions】
研究证实熔融状态是性能调控的"基因开关"：1）部分熔融促使HEA元素扩散重组，形成强韧兼备的纳米复合结构；2）共格界面使裂纹扩展需消耗更高能量；3）多孔结构熔融后形成的三维互锁架构，其强化效果类似"生物骨小梁"。该工作不仅为铝/钢焊接提供了新范式，更开创了多孔HEA在异种连接中的应用先河。

讨论部分指出，相比传统块体HEA中间层，多孔结构通过增大比表面积增强了冶金反应动力学，而可控熔融策略实现了"结构-成分"双梯度设计。这种仿生思路对发展下一代自适应焊接材料具有启示意义，特别适用于航空航天领域对减重-强韧协同需求的复杂工况。J.P. Oliveira等国际专家在评述中强调，该研究突破了异种材料焊接"强塑性倒置"的传统认知，为材料基因组计划提供了新的界面设计模板。