定向能量沉積（DED）作為增材制造（AM）的重要分支，已廣泛應(yīng)用于高熵合金（HEA）的設(shè)計(jì)和制造。Al是一種常見的合金元素，了解Al含量對AlxCoCrFeNiHEA的相演化和機(jī)械性能的影響至關(guān)重要。2023年7月28日，中南大學(xué)劉軍教授團(tuán)隊(duì)在《Materials Characterization》（中科院一區(qū)，Top，影響因子4.7）發(fā)表最新研究成果“Phase evolution and mechanical properties of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys by directed energy deposition”，通過DED制造了一系列AlxCoCrFeNi (x=0.2、0.6和1.0) HEA，以研究Al對相演化和機(jī)械性能的合金化影響。

       在該研究中，研究人員結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算探索了相變過程。結(jié)果表明，隨著Al含量的增加，AlxCoCrFeNi HEAs從單一FCC相(Al0.2)轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC+BCC雙相(Al0.6)，然后轉(zhuǎn)變?yōu)閱我籅CC相(Al1.0)。而且BCC相進(jìn)一步分解為含有有序B2相和無序A2相的納米級兩相結(jié)構(gòu)，有利于提高顯微硬度、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。這項(xiàng)工作為具有理想性能的HEA系統(tǒng)的制備和研究提供了有用的指導(dǎo)。

     研究亮點(diǎn)

（1）通過定向能量沉積制造大塊 AlxCoCrFeNi (x=0.2、0.6 和 1.0) 高熵合金。

（2）AlxCoCrFeNi高熵合金隨著Al含量的增加從FCC相轉(zhuǎn)變?yōu)锽CC相，并且BCC相進(jìn)一步分解為調(diào)幅結(jié)構(gòu)。

（3）Al含量的增加有利于提高合金的顯微硬度和屈服強(qiáng)度。

      相關(guān)圖片如下：

                    圖1. AlxCoCrFeNi HEAs 微觀結(jié)構(gòu)的SEM圖像：(a) Al0.2，(b) Al0.6 和 (c) Al1.0

                     圖 2. Al0.6合金的DR區(qū)域：(a) BF 圖像和相應(yīng)的 SAED 圖案，(b) 位錯(cuò)堆積和位錯(cuò)纏結(jié)，(c) STEM-EDS面掃。

                           圖3. 示意圖顯示了 (a) Al0.2、(b) Al0.6 和 (c) Al1.0 合金在凝固過程中的形成機(jī)制。

     關(guān)鍵結(jié)論

      在該研究中，使用定向能量沉制備AlxCoCrFeNiHEA，研究了Al含量對物相演變和力學(xué)性能的影響，得出結(jié)論如下：

隨著Al含量的增加，AlxCoCrFeNi HEA從單一FCC相(Al0.2)轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC+BCC雙相混合物(Al0.6)，然后轉(zhuǎn)變?yōu)閱我籅CC相(Al1.0)。Al含量的增加促進(jìn)了BCC相的形成，這可以通過FCC和BCC相的原子堆積效率來解釋。此外，BCC相進(jìn)一步分解為包含有序B2相和無序A2相的納米級兩相結(jié)構(gòu)。此外，結(jié)合CALPHAD熱力學(xué)模型對相變過程進(jìn)行了探索。AlxCoCrFeNi HEAs的顯微硬度隨著Al含量的增加而增加，其中Al1.0合金達(dá)到最大顯微硬度。此外，AlxCoCrFeNi HEA在拉伸試驗(yàn)下的強(qiáng)度隨著Al含量的增加而提高。力學(xué)性能的提高不僅與Al原子的添加帶來的固溶強(qiáng)化有關(guān)，而且與納米級兩相結(jié)構(gòu)帶來的沉淀強(qiáng)化密切相關(guān)。