梯度中熵Fe45.0Co19.6Ni19.6Cr15.0C0.8合金的激光定向能量沉积及其可调控TRIP效应研究

针对功能梯度材料(FGM)在极端条件下的性能优化需求，俄罗斯研究团队通过激光定向能量沉积(L-DED)技术，系统研究了Fe含量(45-80 at.%)对中熵合金Fe45.0Co19.6Ni19.6Cr15.0C0.8微观结构和力学性能的影响。研究发现Fe含量调控可实现FCC→BCC相变，其中Fe65组分展现出最佳综合性能（298K下屈服强度425MPa/延伸率50%），为航空航天领域高性能梯度材料设计提供了新思路。

　　

在材料科学领域，高/中熵合金(H/MEAs)因其独特的多组分特性和优异的力学性能成为研究热点。特别是Co-Cr-Fe-Mn-Ni体系合金，在低温环境下展现出惊人的断裂韧性和延展性。然而传统铸造工艺难以实现成分的精确梯度调控，而增材制造技术为此提供了新可能。激光定向能量沉积(L-DED)作为一项革命性技术，不仅能制造复杂几何部件，更能通过实时调整粉末配比实现功能梯度材料(FGM)的制备——这种材料在航空航天领域的高价值部件修复中具有巨大潜力，可节省45%成本并降低36%能耗。

俄罗斯别尔哥罗德国立研究大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地采用L-DED技术制备了Fe含量梯度变化(45-80 at.%)的Fe_45.0Co_19.6Ni_19.6Cr_15.0C_0.8中熵合金。研究通过混合基础合金粉末与纯铁粉，以每5mm层厚增加5at.% Fe的方式构建梯度材料，并系统分析了其微观结构和力学性能。关键技术包括：L-DED梯度沉积工艺、电子背散射衍射(EBSD)相分析、298K/77K双温力学测试、夏比冲击实验等。

【Microstructure after L-DED】
研究发现材料呈现典型的熔池重叠形貌，孔隙率仅0.1%。随着Fe含量增加，相组成发生显著演变：Fe≤55at.%为单相面心立方(FCC)；60-65at.%形成FCC+体心立方(BCC)双相结构，BCC相占比2%-25%；Fe≥70at.%则以BCC相为主。特别在45-55at.%区间观察到高密度位错和富Cr的M₂₃C₆碳化物。

【Discussion】
力学性能呈现明显分区特征：FCC主导区(Fe≤60at.%)具有较低强度（298K屈服强度~400MPa）但良好延展性（延伸率17-30%）；BCC主导区(Fe≥70at.%)则展现高强度（298K屈服强度800-1300MPa）但室温延展性差（~3%）。值得注意的是，Fe65组分在298K/77K下分别表现出425/875MPa屈服强度、50%/17%延伸率的优异平衡，其76/43J/cm2的夏比冲击能证实了出色的低温韧性。这种性能提升源于变形诱导的马氏体相变(FCC→BCC)。

【Conclusions】
该研究成功验证了L-DED技术制备梯度中熵合金的可行性，揭示了Fe含量对相组成和TRIP效应的调控规律。特别是发现Fe65组分在强度-韧性协同优化方面的突出表现，为航空航天极端环境用梯度材料设计提供了重要参考。研究还证实L-DED在修复高价值部件方面的独特优势，包括精确的几何控制（精度达0.03mm）和显著的经济效益，推动了第四代工业革命核心技术的创新发展。