激光重熔技术制备细晶高强中熵合金！

高熵合金（HEAs）和中熵合金（MEAs）是由等摩尔或接近等摩尔比的几种元素组成的合金。HEAs/MEAs的特殊组成特性导致其具有高强度和硬度、良好的热稳定性、高耐蚀性、高温抗氧化性和优异的磁性能等。电弧熔炼是最常用的HEAs/MEAs制备方法，可以在一定程度上净化铸锭，改善结晶。然而电弧熔炼中较低的冷却速率容易导致粗大晶粒的形成，这对合金的性能有不利影响。与电弧熔炼法相比，激光重熔法或激光增材制造（AM）法可以提供超快的冷却速率（高达104-107 K/s），这有利于扩大固溶极限，细化晶粒，消除偏析，形成新的亚稳态相，最终表现出优异的力学性能。近年来，共晶HEAs和MEAs因其在强度-延展性方面的优势而受到广泛关注。合金由相互分离的软相（即FCC相）和硬相（即B2相）组成。现阶段主要制备方法是电弧熔炼。研究激光处理在优化共晶HEAs或MEAs组织和提高力学性能方面的有效性是非常有必要的，这是目前尚未明确的。

哈尔滨工业大学的研究人员利用激光重熔制备了共晶中熵合金AlCrFe2Ni2，探讨了激光重熔对合金组织、相演变和力学性能的影响。通过计算四种潜在的强化机制来评估主要的强化机制，以预测重熔MEA的屈服应力。相关论文以题为“Refined microstructure and enhanced mechanical properties of AlCrFe2Ni2 medium entropy alloy produced via laser remelting”发表在Journal of Materials Science & Technology。

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.05.033

研究发现铸态MEA中存在长板状FCC、B2相以及由B2和BCC相组成的随机分布的调幅分解结构。重熔后的组织由有序的B2相和无序的BCC相组成。激光重熔后，MEA的平均晶粒尺寸明显减小。表明激光重熔的快速冷却速率促进了晶粒细化。与铸态MEA相比，重熔后的MEA具有优异的力学性能。重熔后MEA的硬度和屈服强度分别为7.55 GPa和1647.2 MPa，塑性评价的Wp/Wt值为0.73。重熔后，合金硬度明显提高，屈服强度明显增强，并且塑性几乎没有下降。

图1 激光重熔试样的EBSD图像

图2 （a）铸态MEA和（b）重熔MEA的SEM图像

图3 铸态AlCrFe2Ni2合金的TEM图

图4 重熔AlCrFe2Ni2合金的TEM图

图5 （a）纳米压痕的硬度结果; （b）铸态和重熔后MEA的两个截面的载荷-位移曲线

本文采用激光重熔技术研究了快速冷却速率对无Co AlCrFe2Ni2中熵合金组织和力学性能的影响。根据纳米压痕试验数据，推导出应力-应变关系，以评价合金的力学性能。用理论计算分析了重熔合金的强化机理。计算得到的屈服强度为1840.66 MPa，与纳米压痕得到的屈服强度（1647.2 MPa）基本一致。详细的强化机理分析表明，位错强化和第二相强化是主要机制，对重熔后MEA屈服强度的增加分别为904.02 MPa和700.29MPa。本研究对激光重熔在HEA/MEA上的应用有积极作用。

审核编辑 ：李倩