供稿人：陳子豪、張航 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2021-03-30
利用37種主要元素的組合，可以組成幾百萬(wàn)種高熵合金，而現(xiàn)有文獻(xiàn)中的HEA數(shù)量不超過(guò)450種。因此，發(fā)現(xiàn)堅(jiān)固耐用的高熵合金是一個(gè)巨大的需求和機(jī)會(huì)。盡管人們已經(jīng)探索了各種等原子HEAs，但在利用鑭系/稀土元素和難熔元素與過(guò)渡金屬和鋁結(jié)合的方向上還沒(méi)有明確的研究。
2019年，為了進(jìn)一步探索高熵合金，美國(guó)猶他大學(xué)利用選擇性激光熔化技術(shù)制造了AlCoFeNiV0.9Sm0.1、AlCoFeNiSm0.1TiV0.9、AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr和AlCoFeNiTiVZr塊狀高熵合金。圖1 是SLM成形的AlCoFeNiTiVZr，AlCoFeNiSm0.1TiV0.9，AlCoFeNiSm0.1V0.9，AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr的微觀結(jié)構(gòu)，沒(méi)有觀測(cè)到有任何明顯的孔洞或裂紋，也沒(méi)有任何不規(guī)則或中斷的熔道，表面形貌也表明樣品中球化效應(yīng)不明顯。
圖2是SLM成形的AlCoFeNiTiVZr，AlCoFeNiSm0.1TiV0.9，AlCoFeNiSm0.1V0.9，AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr的洛氏硬度比較。由圖可知Sm的加入大大提高了合金的硬度，尤其是AlCoFeNiSm0.1V0.9，AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr的硬度大于或等于細(xì)晶粒尺寸的碳化鎢的橫向斷裂強(qiáng)度。
(a) AlCoFeNiTiVZr 腐蝕前；(b) AlCoFeNiTiVZr腐蝕后；(c) AlCoFeNiSm0.1TiV0.9腐蝕前；(d) AlCoFeNiSm0.1TiV0.9腐蝕后；(e、f) AlCoFeNiV0.9Sm0.1腐蝕前；(g) AlCoFeNiV0.9Sm0.1腐蝕前、后（插圖）；(h) AlCoFeNiV0.9Sm0.1長(zhǎng)時(shí)間曝光腐蝕后；(i) AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr腐蝕前、后 (插圖)。 圖1 制備的HEA樣品的SEM圖片
圖2 制備的HEA樣品的洛氏硬度結(jié)果
總體而言，研究設(shè)計(jì)并采用SLM制備了四種新型高熵合金，其中包含難熔元素Zr、Ti和一種稀土元素Sm，樣品晶粒均勻，沒(méi)有明顯裂紋、雜質(zhì)或第二相積淀，分析和表征技術(shù)表明，這些合金大多為單相FCC結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能和耐腐蝕性能。這說(shuō)明在未來(lái)，增材制造技術(shù)作為一種不復(fù)雜、快速、自由度高的成形技術(shù)將是探索新型高熵合金的首選。