激光金属沉积制备AlMo0.5NbTa0.5TiZr难熔高熵合金的冷却速率对微观结构与力学性能的影响机制研究

为解决航空航天领域轻量化难熔高熵合金（RHEA）的制备难题，研究人员通过激光金属沉积（LMD）技术制备AlMo0.5NbTa0.5TiZr合金，系统研究冷却速率对B2/BCC篮织结构形成及Al-Zr相竞争析出的影响，发现1400°C空冷试样因晶粒细化和Al4Zr5强化相析出，硬度达668 HV、抗压强度2314.7 MPa，为优化RHEA热处理工艺提供理论依据。

　　

在航空航天领域，传统难熔高熵合金（RHEA）因添加钨（W）、钽（Ta）等重元素导致密度过高（>10 g/cm³），而轻量化RHEA如AlMo_0.5NbTa_0.5TiZr（密度7.4 g/cm³）虽具备B2/BCC双相结构和优异高温性能，但面临重力偏析和元素蒸发的制备挑战。真空电弧熔炼（VAM）因冷却速率慢易引发偏析，而激光金属沉积（LMD）凭借快速冷却和直接成型优势成为理想解决方案。然而，LMD形成的枝晶结构会降低力学性能，亟需通过热处理优化。为此，江苏省青年科学基金支持的研究团队首次系统探究了LMD制备的AlMo_0.5NbTa_0.5TiZr在均质化后冷却速率与温度的协同作用，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: A》。

研究采用高温真空悬浮熔炼与等离子球化制备的AlMo_0.5NbTa_0.5TiZr粉末（粒径20-100 μm），通过LMD技术成型后，分别在1200°C和1400°C进行热处理，并采用炉冷、空冷、油冷和水冷四种冷却速率。结合SEM、EBSD、XRD和力学测试，揭示了微观结构演变与强化机制。

Microstructure of LMD and homogenized specimens
LMD成型试样呈现熔池边界蜂窝状枝晶（图2b）与内部柱状枝晶（图2c）的混合结构，均质化后转变为等轴晶与篮织结构。1400°C炉冷试样中，篮织结构由BCC相窄通道与立方B2相颗粒组成（图14a-c），而1200°C试样因点状Al₃Zr₄相析出导致B2相消失。

Mechanism of cooling rate effect on microstructure
高温（1400°C）低冷却速率促进篮织结构形成，而快速冷却（水冷）或低温（1200°C）会抑制其生成。Al-Zr相的竞争析出行为显著：1200°C时点状Al₃Zr₄相密度随冷却速率降低而增加；1400°C时块状析出相尺寸随冷却减慢而增大（图13）。

Conclusions
研究得出三项核心结论：（1）均质化消除枝晶结构，形成等轴晶与篮织结构；（2）1400°C空冷试样因Al₄Zr₅强化相与晶粒细化获得最高硬度（668 HV）和抗压强度（2314.7 MPa）；（3）1200°C试样因B2相消失导致力学性能显著下降。该工作为LMD成型轻量化RHEA的热处理工艺设计提供了关键理论支撑，尤其阐明了冷却速率与温度对相组成和界面特性的调控规律，对航空航天高温部件开发具有重要指导意义。