高熵合金以其独特的性质，如热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、晶体学上的晶格畸变效应，以及使用时的鸡尾酒效应，展现出良好的力学性能和耐腐蚀性。相变诱导塑性高熵合金通过在变形过程中发生马氏体相变，延迟了裂纹的产生，同时提高了金属的加工硬化率，解决了塑性-强度难题，具有极大的研究潜力和应用前景。增材制造技术，如激光熔化沉积和选区激光熔化成形（SLM），由于其局部熔池快速凝固的特点，成形的高熵合金成分均匀、晶粒细小，力学性能远高于铸件。

     此外，激光增材制造技术在制备高熵合金方面也取得了显著进展。通过激光熔化沉积和选区激光熔化成形两种主要激光增材制造技术，可以制备出具有优异微观结构和力学性能的高熵合金，这些技术的发展为高熵合金的制备提供了新的方法和思路。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

本期，通过节选近期国内在高熵合金增材制造领域的实践与研究的多个闪光点，3D科学谷与谷友一起来领略的这一领域的研究近况。

增材制造技术在制备高性能高熵合金方面展现出了巨大的潜力，通过精确控制工艺参数，可以有效优化合金的微观组织和力学性能，为高熵合金的应用提供了广阔的前景。”

 激光增材制造相变
     诱导型高熵合金的研究进展

田春茂1曹裕栋2欧阳迪1,3周文琰1蔡超1史玉升1

1华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室2.北京遥感设备研究所3.香港理工大学工业及系统工程系

摘要：

高熵合金是以4种及以上元素为主元的合金，热力学上存在高熵效应，动力学上呈现迟滞扩散效应，晶体学上表现为晶格畸变效应，使用时展现出鸡尾酒效应，具有良好的力学性能和耐腐蚀性。相变诱导塑性高熵合金通过在变形过程中发生马氏体相变，延迟了裂纹的产生，同时提高了金属的加工硬化率，解决了塑性-强度难题，具有极大的研究潜力和应用前景。铸造高熵合金存在偏析严重、晶粒粗大等缺陷，成形样品力学性能差。增材制造具有局部熔池快速凝固的特点，成形的高熵合金成分均匀、晶粒细小，力学性能远高于铸件。本课题阐述了增材制造成形相变诱导塑性高熵合金的显微组织、力学性能、组织演变、耐蚀性等方面的研究进展，并展望了未来的研究方向。

 激光熔化沉积成形
     新型多组元Ni3Al合金的组织与力学性能

韩志豪1,2张弘斌1周海萍1刘学2

1山东科技大学机械电子工程学院2. 中国工程物理研究院材料研究所

摘要：

本课题设计了一种新型多组元Ni3Al合金Ni45Co23Fe9Al11Ti12,并采用激光熔化沉积(LMD)技术成功制备了合金。使用X射线衍射、扫描电镜、万能试验机等研究了沉积态合金的微观组织和室温力学性能。

结果表明：LMD制备的Ni45Co23Fe9Al11Ti12合金的晶粒为沿沉积方向外延生长的粗大柱状晶，晶粒由无侧向分枝的胞状枝晶组成，枝晶内部和枝晶间区域均由网状FCC基体和块状γ′相组成，且枝晶间区域的γ′相尺寸大于晶内。LMD成型的Ni45Co23Fe9Al11Ti12合金具有良好的室温性能，其屈服强度达到879 MPa,抗拉强度为1160 MPa,断裂伸长率为9.5%,综合力学性能远优于同类合金，其屈服强度的显著提高可能与高密度γ′相有关。

 激光增材制造相变诱导型
     高熵合金的研究进展

田春茂1曹裕栋2欧阳迪1,3周文琰1蔡超1史玉升1
1中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室2.北京遥感设备研究所3.香港理工大学工业及系统工程系

摘要：

高熵合金是以4种及以上元素为主元的合金，热力学上存在高熵效应，动力学上呈现迟滞扩散效应，晶体学上表现为晶格畸变效应，使用时展现出鸡尾酒效应，具有良好的力学性能和耐腐蚀性。相变诱导塑性高熵合金通过在变形过程中发生马氏体相变，延迟了裂纹的产生，同时提高了金属的加工硬化率，解决了塑性-强度难题，具有极大的研究潜力和应用前景。铸造高熵合金存在偏析严重、晶粒粗大等缺陷，成形样品力学性能差。增材制造具有局部熔池快速凝固的特点，成形的高熵合金成分均匀、晶粒细小，力学性能远高于铸件。本文阐述了增材制造成形相变诱导塑性高熵合金的显微组织、力学性能、组织演变、耐蚀性等方面的研究进展，并展望了未来的研究方向。

 激光增材制造AlCoCrFeNiSi
     高熵合金的氧化行为

郭静波1杨守华1周子翼1牟仁德2谢云1舒小勇1戴建伟2彭晓1
南昌航空大学材料科学与工程学院2.中国航发北京航空材料研究院

摘要：

利用激光熔化沉积技术（LMD）增材制造了具有单相bcc结构的Al0.21Co0.17Cr0.13Fe0.11Ni0.18Si0.20高熵合金（HEA），其晶粒尺寸随着激光功率从900 W降低至700 W而逐步减小。在1100 ~oC“干”空气和含10%H2O的“湿”空气的恒温氧化实验表明：该HEA能稳定生长单一的Al2O3膜；晶粒尺寸减小导致所生长Al2O3膜的氧化速度降低；H2O蒸气加快Al2O3膜生长速度。

 激光熔覆FeCoCrNiMnNb
     高熵合金涂层的组织及耐磨性

周文婷1朱春霞1李凡2
沈阳建筑大学机械学院2.沈阳工程学院能源与动力工程学院

摘要：

为研究Nb元素对FeCoCrNiMn高熵合金组织及性能的影响,利用激光熔覆技术在Q235钢表面制备FeCoCrNiMnNb高熵合金涂层,分别对涂层的相组成、微观组织、元素分布、纳米硬度及磨损行为进行研究。

结果表明：FeCoCrNiMnNb高熵合金涂层由FCC相和Laves相组成。其中，基体相为FCC相，棒状组织为Laves相。由于固溶强化和第二相析出强化效应，FeCoCrNiMnNb高熵合金涂层的纳米硬度显著提升，约为9.193 GPa，约为FeCoCrNiMn涂层的两倍。由于纳米硬度的显著提升，FeCoCrNiMnNb涂层的具有极佳的耐磨性，其磨损率为2.549×10-5mm3/N·m，约为FeCoCrNiMn涂层的0.33倍。FeCoCrNiMnNb涂层的磨损机制为单一的磨粒磨损。综上所述，FeCoCrNiMnNb高熵合金涂层具有极高的纳米硬度和优异的耐磨性。

 FeCoCrNiMn-WC高熵合金
     熔覆涂层组织与性能研究

王欢乐1谢渭莉1张天亮1史啸妍1刘力豪2
1.西安重装蒲白煤矿机械有限公司2.陕西理工大学材料科学与工程学院

摘要：

为了探究WC颗粒对熔覆涂层组织与性能的影响，采用1200 W激光功率和6 mm/s的扫描速度在NM450钢表面制备FeCoCrNiMn-x WC高熵合金熔覆涂层。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的物相、显微组织、力学性能及耐磨性能进行了研究。

结果表明：当FeCoCrNiMn高熵合金涂层加入WC颗粒后，高熵合金复合涂层组织主要为FCC和BCC相，含有少量WC、W2C和Cr7C3相，显微结构为柱状晶和胞状晶组织。在10%WC复合涂层综合性能最佳，显微硬度达到最大值484.5 HV0.3；摩擦因数为0.58，磨损量和磨损率最低分别为0.011 4 g与0.857×10-5g/（N·m），复合涂层的磨损方式主要为磨粒磨损与氧化磨损，并伴随黏着磨损。

 TiC含量对AlCoCrFeNi高熵合金
     熔覆层组织与耐磨性的影响

张宏亮1王明欣2张京兵3李玉涛2金头男2
1.中储恒科物联网系统有限公司2.北京工业大学材料科学与工程学院3.北京特种机械研究所

摘要：

利用激光熔覆法在40CrNiMo钢表面制备AlCoCrFeNi-2xMo-xTiC(x=0、0.1、0.25、0.4)高熵合金熔覆层，通过XRD、SEM、EBSD、TEM及耐磨性试验研究了TiC及Mo含量对AlCoCrFeNi-2xMo-xTiC熔覆层组织与耐磨性的影响。

结果表明，当原位生成TiC后，熔覆层的显微组织有BCC和TiC相。随着TiC原子分数不断增加，碳化物析出相尺寸逐渐增大，熔覆层晶粒明显细化，晶粒尺寸由109μm变为15μm。AlCoCrFeNi-0.8Mo-0.4TiC熔覆层硬度最高，为750 HV0.3,相比AlCoCrFeNi熔覆层高300 HV0.3。TiC原子分数增加后熔覆层硬度和耐磨性都上升。AlCoCrFeNi熔覆层磨损表面磨屑较多，磨损机制是粘着磨损。AlCoCrFeNi-0.2Mo-0.1TiC、AlCoCrFeNi-0.5Mo-0.25TiC、AlCoCrFeNi-0.8Mo-0.4TiC熔覆层的磨损机理均为磨粒磨损。

 激光熔覆-渗氮复合改性
     38CrMoAl钢及耐腐蚀性能

张勇1,2杨文飞1王安东1樊伟杰1张伟2蓝阳2
1.海军航空大学青岛校区2.中南大学粉末冶金研究院

摘要：

目的 增加38CrMoAl渗氮钢海洋环境下耐腐蚀性能。方法 采用激光熔覆设备和等离子体渗氮炉，在38CrMoAl表面先后进行FeCoCrNiAl0.5高熵合金（HEA）涂覆和离子渗氮处理，同时对激光熔覆-渗氮复合处理的38CrMoAl进行机理和耐蚀性分析。

结果 复合处理38CrMoAl表面生成厚度约为0.6mm高熵合金（HEA）+0.35μm氮化高熵合金（HEAN）改性层，氮化HEA层组织结构由HEA的单一FCC结构转变为复相（FCC+AlN+CrN）结构，基体、HEA和氮化HEA层的平均硬度分别为400、225、1164HV，复合处理后38CrMoAl盐雾试验下6 d后表面开始出现蚀坑，而未经过任何处理的38CrMoAl表面2 d后即出现明显的腐蚀现象。

结论 激光熔覆-氮化复合处理能够有效改善38CrMoAl的耐腐蚀性能，中间的软韧型HEA层不仅增加了侵蚀性离子的扩散壁垒，还可作为高硬度表层和基体之间的缓冲介质而避免表面脆化。

 原位氧化FeNiMnAlCrC
     高熵合金的光热转换性能

李雨洁1章飞2陈梅洁2李开洋3熊志平4宋旼1王章维1
1.中南大学粉末冶金国家重点实验室2.中南大学能源科学与工程学院3.华北电力大学能源动力与机械工程学院4.北京理工大学冲击环境材料技术国家级重点实验室

摘要：

本研究采用经济的原位氧化和选择性刻蚀工艺，通过调控氧化温度和表面粗糙度，研究了Fe40Ni11Mn35Al7Cr6C1（at.%）高熵合金表面的氧化产物变化及其对太阳能光热转换性能的影响。

结果表明：在500-700 ℃范围内，随着温度升高和刻蚀引起的初始表面粗糙度增大，氧化后高熵合金表面的氧化物尺寸、氧化层厚度、粗糙度和氧化物种类均呈上升趋势，使得光热转换性能逐渐提升。预先刻蚀并在700 ℃氧化2 h后合金的太阳能吸收率和光热转换效率分别达到峰值90.4%和87.9%。当氧化温度继续升高至800 ℃后，由于热膨胀系数不匹配导致热应力增大，合金表面生成的氧化层均开始大面积脱落，进而导致材料的光热性能开始下降。

本研究为金属氧化层的有效设计提供了理论支持，有助于实现高熵合金光热性能的优化与提升。

 WC含量对激光熔覆CoCrFeNiTi
     高熵合金涂层组织及耐腐蚀性能的影响

吴文宁、孙文磊、杨玉林、于江通、路程、包胜辉
新疆大学机械工程学院

摘要：

为了延长脱硫浆液循环泵叶轮的寿命，采用激光熔覆技术在脱硫浆液循环泵叶轮的母材30CrMnSiA钢表面制备了WC增强CoCrFeNiTi-WCx（x=0,5,10,15,20，质量分数，%）高熵合金涂层，研究了WC含量对涂层的显微组织、力学和耐蚀性能影响。

研究发现CoCrFeNiTi高熵合金涂层相组成为fcc（Fe-Ni）、bcc（Fe-Cr）、Laves（CoTi2）和AB-type（Ti的化合物），随着WC含量增加，Laves相衍射峰强度增强，且生成了新相碳化物（WC、Ti C、Cr7C3和Fe3C）。CoCrFeNiTi高熵合金涂层主要组织为底部的胞状晶和顶部的等轴枝晶，随着WC含量增加，涂层组织主要为等轴枝晶，且晶粒尺寸逐渐细化。WC的加入提高了涂层的性能，其中CoCr FeNiTi-20%WC涂层硬度(HV0.2)最大，为6419 MPa，且摩擦系数（0.664）和磨损率(1.3×10～2 μm3·（s·N）-1)最小，耐磨性能最好，磨损机制主要为轻微的黏着磨损和磨粒磨损。此外，随着WC含量的增加，涂层表现出更低的腐蚀速率和腐蚀电流。其中，CoCrFeNiTi-20%WC涂层腐蚀电流最小，耐腐蚀性能最好。

 基于固溶强化的激光定向能量沉积
     TiZr基高熵合金成分设计与强塑性优化

邬良怡1,2于君1,2林鑫1,2闫乔单1,2王林增1,2牛毅豪1,2
1.西北工业大学凝固技术国家重点实验室2.西北工业大学高性能金属增材制造工信部重点实验室

摘要：

目前，部分TiZr基高熵合金由于大量脆性相的析出，呈现出强塑性难以平衡的问题，阻碍了合金作为复杂构件材料的工程应用。利用激光定向能量沉积技术基于混合元素法及非平衡快速凝固特性，实现成分设计的独特优势。通过调整TiZr基高熵合金主元成分，实现了非等原子比Ti39Zr39Nb11Mo5.5V5.5的致密成形，并获得了无金属间化合物等脆性相析出的单相固溶体合金。合金呈现出优异的塑性变形能力，其压缩应变超过了50%，而50%应变率时的压缩应力达2 194 MPa。进一步分析表明，固溶强化是合金呈现较高强度的关键，其对屈服强度的贡献超过了75%。

 高速激光熔覆FeCoCrNiMo高熵合金
     涂层微观组织演变及耐腐蚀性能研究

肖浩1,2黄剑1,3汪鹏4许培鑫4徐一斐4张东月4杜博睿4
1.中交第二航务工程局有限公司2.中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司3.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室4.中机新材料研究院(郑州)有限公司

摘要：

本课题采用高速激光熔覆（Extremely high-speed laser cladding,EHLC）技术制备了FeCoCrNiMo高熵合金涂层，系统的分析了涂层微观组织与相结构、成形工艺及耐腐蚀性能。

结果表明：高速激光熔覆制备的FeCoCrNiMo高熵合金涂层主要由富集Fe、Co与Ni的面心立方（Face-centered cubic, FCC）基体相及其周围富集Mo与Cr的体心立方（Body-centered cubic, BCC）沉淀相组成。涂层底部至中间区域主要由FCC相的柱状晶与枝晶间交替的亚微米级BCC/FCC片层状共晶组织构成，顶部区域却主要由FCC/BCC交替的片层状共晶组织构成的等轴晶组成。此外，45钢基材热影响区的马氏体相变，增加了涂层的拉应力，导致高熵合金涂层形成了网状或条状穿晶裂纹。利用316L不锈钢打底结合降低线速度的工艺方法，有效的解决了涂层开裂的问题，同时保持了涂层较高硬度水平。与传统304不锈钢涂层相比，高熵合金涂层自腐蚀电位高0.13V，但腐蚀电流密度却仅仅只是其1/6，涂层膜电阻是其235倍，表现了更加优异的耐腐蚀性能。另外，高熵合金涂层顶部分布的均匀且细小的FCC/BCC片层状共晶组织是其耐腐蚀的关键原因。

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