激光粉末床熔融技术驱动的中熵合金熵增致密化

《Nature Communications》：Entropy-driven densification of medium-entropy alloys with laser powder bed fusion

　　

摘要

激光增材制造过程中存在的缺陷，如气孔和结构缺陷，严重阻碍了高完整性金属结构零件的制造。这些不可避免的缺陷会显著降低金属的长期性能，包括疲劳强度、蠕变性能和抗腐蚀能力，从而限制了其在关键环境中的应用。在本研究中，我们采用一步法熵工程策略解决了这一难题。通过将CoCrNi粉末与316?L粉末混合，并在打印过程中控制熵的变化，我们得到了一种几乎无气孔（密度＞99.99%）的中熵合金，该合金具有出色的疲劳抗力和抗腐蚀性能，优于传统的PBF-LB/Med中熵和高熵合金。通过宏观尺度致密化分析、微观尺度SEM/EBSD观察以及纳米尺度TEM检测，我们发现增材制造过程中的构型熵增加以及微观结构的变化能够改变材料的热历史，进而优化熔池的扩散过程。这种变化促进了均匀分布、以亚晶为主的微观结构的形成，使得材料的位错密度相对较低，从而在外部载荷作用下仍能保持稳定性。本研究提出了一种一步法，用于克服增材制造零件在长期使用中的性能限制。