（3）层厚和扫描间距：通过调整层厚和扫描间距，可以优化叠层质量，降低孔隙率，从而提高材料的机械性能。

现有研究中不少学者已通过调整高熵合金制备过程中的实验参数进一步改善其性能：

Liu等在对AlxCoCrFeNi高熵合金的研究中，通过控制高熵合金元素比例和增材制造的预热参数，发现均匀的固溶体相结构对于提高材料抗裂性能至关重要。在元素比优化的条件下，调控激光扫描路径和扫描策略可以有效降低内部残余应力，从而减少裂纹生成。通过优化熔池的动态平衡状态，实现了晶粒结构的均匀化，证明了激光路径的精细设计和参数调整对于制备高性能高熵合金的重要性。

Niu等研究了利用激光粉末床熔融技术（LPBF）制备高熵合金，并结合深冷处理以改善材料性能。通过调整激光功率、扫描速度和层厚度等关键参数，显著减少了制备过程中微裂纹的产生，并实现了组织结构的细化。研究发现深冷处理可以诱发晶体中退火孪晶的形成，从而提高材料的强度与韧性平衡。这一实验结果表明，细晶粒与高密度孪晶的协同作用是实现性能提升的重要机制。

Song等研究了不同激光功率和扫描速度对孔隙率和核平均取向偏差（KAM）的影响。图4所示为激光粉末床熔融技术不同参数下的孔隙率，可以看出激光功率一定时，随着扫描速率的增加，孔隙率显著增加。当扫描速率一定时，激光功率的改变对孔隙率影响不大。激光功率和扫描速度对熔池稳定性与孔隙率的影响具有显著的非线性特征。在适当范围内，较高扫描速度有助于提高熔池的形状稳定性与冷却均匀性，从而减少孔隙率。KAM值可用于反映晶格失配的程度，靠近晶界的区域一般具有相对较高的KAM值，而晶粒内部区域的KAM值几乎为零，相邻晶粒之间的晶格失配可能导致严重的局部残余应变。KAM可用于估计激光粉末床熔融技术样品的位错密度，不同激光粉末床熔融工艺参数下的KAM值如图5所示，适当范围内的激光功率和扫描速度提升了激光粉末床熔融过程中熔池的稳定性，减少了孔隙率，提高了致密性。通过优化工艺参数使得Co47.5Fe28.5Ni19Si3.4Al1.6高熵合金的拉伸屈服强度提升至417.0 MPa，延伸率可达33.9%。同时形成了独特的位错–析出网络，增强了综合性能，包括优异的软磁性和力学性能。以上研究表明，适当的参数调节能显著改善微观结构的均匀性，从而提高力学性能和功能特性。因此，优化扫描速度需要考虑其非线性影响，并与激光功率等参数协同调控，以获得最佳致密性。
 

Ma等通过设计纳米结构和利用多组元效应，制备的高熵合金实现了超越传统金属和异质纳米结构金属的强度–延展性组合，其屈服强度和拉伸应变关系如图6所示。同时该研究通过调控增材制造过程中热处理参数，发现异质性结构对高熵合金的强度和塑性具有明显的协同作用。图7通过总结和对比不同微观结构高熵合金的性能，说明了异质性设计的关键作用。采用不同的冷却速率和热处理工艺，如深低温处理和多次热循环，成功制备了纳米级析出物和高密度晶界位错网络。结果表明这些优化方法能够显著提升材料的强度，同时保持良好的塑性。图8所示为相变诱导塑性（Transformation-induced plasticity，TRIP）效应和孪生诱导塑性（Twinning-induced plasticity，TWIP）效应对不同材料中屈服强度与均匀拉伸应变的影响，其中TRIP HEAs表现出优异的性能，说明通过相变和孪晶效应优化微观结构的重要性。该研究进一步证明，通过引入异质性可以有效缓解增材制造中常见的裂纹问题，并在材料的性能设计中提供更大的灵活性，热处理工艺和冷却速率的精确控制是优化高熵合金力学性能的关键。
 

除了在实验过程中优化调整制备高熵合金的工艺参数和条件外，对制得的高熵合金进行热处理或后处理也能改善其性能。

热等静压（HIP）是减少孔隙率的重要手段。研究表明，在1150 °C和150 MPa对增材制造的CrMnFeCoNi合金进行3 h热等静压处理，可以显著降低残余应力并改善元素分布均匀性。但热等静压可能导致相转变和晶粒粗化，对性能产生负面影响。因此热等静压工艺的选择需要综合考虑材料的微观结构与性能需求。

深度低温处理（DCT）通过快速冷却和再加热促进纳米孪晶、堆垛层错和位错网络的形成，进一步改善了材料的屈服强度和塑性。Li等研究发现循环深度低温处理能够显著增加缺陷密度，实现相结构从FCC到HCP的转变，优化了拉伸强度和延展性。Song等通过液氮快速冷却和水浴加热的方法进行深度低温处理，增强了高熵合金的位错密度和孪晶结构，使拉伸强度和延展性得到显著提升，FCC到HCP转变也更加均匀，提高了材料的综合稳定性。证明深度低温处理可以通过调控位错密度与晶体结构转换，优化高熵合金的力学性能。

激光冲击强化（LSP）通过高能脉冲激光在材料表面引发冲击波，产生梯度微观结构和压缩残余应力，从而显著提升材料的强度和延展性。对激光增材制造的CrMnFeCoNi合金进行激光冲击强化处理后，其失效模式从混合延性–脆性失效转变为纯延性失效，同时提升背应力硬化效应，增强材料的塑性变形能力。

退火作为一种常见的热处理工艺，可以通过降低位错密度和优化析出相结构，改善材料的综合性能。Zhu等将选择性激光熔化技术制备的CrMnFeCoNi合金在900 °C退火1 h后，晶粒细化和析出相的增强效应使得高熵合金的强度和延展性显著提升。此外，控制退火温度和退火时间可诱导析出相均匀分布，实现力学性能的进一步优化。Song等对打印样品在750 ℃下进行退火处理，形成了L12和B2型析出物，使得样品的屈服强度提升至1201 MPa，极限强度达到1512 MPa，同时保持了15.1%的延展性，该实验证明了退火诱导的析出强化机制及退火工艺生成的纳米析出物对材料综合性能的显著贡献。

近年来，上述技术的组合应用也为性能综合提升提供了新的可能性。退火与激光冲击强化工艺结合，可以显著细化粗晶粒并形成变形孪晶，从而同时提高强度和延展性。基于深度低温处理和循环深度低温处理的创新方法，为进一步优化增材制造高熵合金的微观组织与宏观性能提供了广阔的研究空间。

3.2  组织与性能关联分析
实验研究表明，高熵合金的性能与其微观组织特征密切相关。晶粒的大小、形状和取向直接影响材料的强度、延展性和疲劳性能。例如，细小晶粒通过阻碍位错运动提升了材料强度，纳米析出物的存在则进一步增强了强化效果。变形孪晶的生成不仅提升了材料的延展性，还对位错滑移产生钉扎效应，从而改善硬度。

研究还揭示了析出相在强化机制中的作用。高密度碳化物纳米析出物通过增强对位错运动的抵抗力，大幅提高了材料的屈服强度。此外，某些合金体系在退火过程中形成了L12和L21双重析出相，这种结构显著提升了材料的拉伸强度和抗疲劳性能。

宏观尺度上的异质性结构设计也证明了其在性能优化中的重要性。通过引入梯度残余应力分布和复杂相结构，可以实现强度与延展性的良好平衡。微观组织的精准调控，例如通过快速冷却形成过饱和固溶体，以及通过多次热处理引入多尺度结构，均可使高熵合金的综合性能得到进一步优化。

Song等深入研究了高熵合金组织与性能方面存在的关系，得出以下结论：

（1）高熵合金的强度来源于固溶强化、晶界强化和析出强化。例如，快速冷却导致的亚稳纳米析出物（如金属间化合物、碳化物等）显著提高了高熵合金的硬度和屈服强度。同时，在LPBF条件下，高冷却速率形成了细小的柱状晶与胞状亚晶，显著提升材料的屈服强度。纳米尺度的析出物（如Cr-rich析出物）在BCC相中形成，与FCC相协同作用，增强了材料的强度和延展性。

（2）高熵合金的塑性与韧性主要取决于其相结构，FCC相的滑移系较多，位错易于运动，延展性优异；BCC相由于滑移系较少且有较高的剪切模量，塑性较低。通过双相结构的设计（如FCC+BCC复合相），可有效改善强度–延展性平衡，FCC相的柔韧性与BCC相的硬度形成互补，使得材料在高强度下仍能保持较好的塑性。

（3）增材制造高熵合金中细小的柱状晶和非平衡亚稳相提高了抗疲劳裂纹扩展能力，但孔隙率和熔池边界缺陷会削弱疲劳寿命。

（4）FCC相在低温下保持了较高的韧性，而BCC相在低温下易发生脆–韧转变。通过微合金化和热处理工艺进行优化，可部分改善这一缺陷。对加工好的材料进行退火，能够显著改善材料性能。

Ma等通过实验发现，晶粒大小、分布、析出物的均匀性以及位错密度是决定高熵合金力学性能的主要因素。细小晶粒可以显著提高材料的强度，而析出物的数量和分布对塑性起到了调控作用。同时，孪晶结构的引入不仅增强了材料的延展性，还能通过阻碍位错运动提升硬度。Niu等研究发现高熵合金中非平衡组织（如柱状晶和胞状亚结构）可以通过快速冷却过程得到显著优化。这些结构提升了高熵合金的硬度和抗拉强度，但也可能因为残余应力增加而导致裂纹敏感性上升。通过调控热处理温度和时间，可以诱导析出强化机制的发生，从而实现性能的进一步提升。研究表明，微观组织与力学性能之间存在着高度耦合关系，材料的性能可以通过精准控制组织演变实现最优设计。

现有问题与未来展望
尽管目前已有很多有关高熵合金的研究，但高熵合金的发展与应用仍存在较多问题。首先，在增材制造过程中由于高熔点和低熔点元素的蒸发率差异，易出现成分偏析和微观组织不均的现象。例如，在选择性激光熔化和直接能量沉积工艺中，不同元素的凝固速度差异会导致元素分布不均匀，影响材料的力学性能和抗疲劳性能。其次，虽然快速冷却和高温梯度是增材制造的特点，但也导致了显著的残余应力和裂纹敏感性。尤其是在选择性激光熔化工艺中，高能激光快速熔化和凝固金属粉末，产生较大的热应力，使得裂纹的形成和扩展成为制备过程中不可忽视的问题。尽管增材制造能够通过快速冷却形成非平衡组织（如细柱状晶和纳米析出物），但对微观组织的精准控制仍存在挑战。例如，组织的晶粒细化和取向调整需要对激光功率和扫描速度等参数进行高度优化，而这些参数间的交互作用尚未完全明晰，仍需要进行大量研究与测试。最后，高熵合金的性能优化需要在纳米、微观和宏观尺度上同时实现，但增材制造技术通常只能在某一尺度上有显著优势。例如，快速冷却有助于微观组织的细化，但可能对宏观力学性能（如抗疲劳和延展性）产生负面影响。以上方面还需要研究人员的不断努力，不断提升制造工艺。

未来研究人员可以聚焦于开发具有更好成分均匀性和流动性的高熵合金粉末。通过引入表面涂层或合金元素调控蒸发率，减少成分偏析；或者通过预热基板、优化扫描路径以及采取后处理（如热等静压和深度低温处理），减少裂纹敏感性和残余应力。开发能够自愈裂纹的高熵合金材料也是一个重要的发展方向。或者研究异质结构、梯度材料和多相复合材料的设计，通过不同区域的成分或组织变化实现强度、韧性和抗疲劳性能的平衡，同时满足多功能需求。开发基于非传统热源的增材制造技术，例如超声波增材制造（UAM）或电化学增材制造（EAM），也可以弥补当前增材制造技术的局限性。

将新兴技术与制造工艺相结合是提升加工效果的重要途径。例如，通过协同优化激光功率、扫描速度和扫描策略，可以实现对复杂工艺参数的智能化控制。近年来，机器学习（ML）和人工智能技术的引入，为选择性激光熔化技术加工高熵合金的研究提供了新思路。Tan等采用机器学习技术可以预测通过选择性激光熔化技术制得的高熵合金的显微组织和力学性能，机器学习策略流程图如图9所示。通过优化材料描述符和机器学习模型，研究者们成功构建了一个模型，该模型在区分选择性激光熔化技术加工高熵合金的面心立方、体心立方和双相结构方面，准确率达到了81.58%。此外，还开发了预测拉伸性能的优化模型，对极限拉伸强度（UTS）和屈服强度（YS）预测的平均绝对百分比误差（MAPE）分别为20.43%和20.25%，具有较高的可靠性。实验表明，使用选择性激光熔化技术制造的多种高熵合金，实际性能与预测结果具有良好的一致性。未来研究也可以更加关注增材制造过程中的多物理场模拟，以精准预测熔池行为和微观组织演变。
 

结束语
     本文系统总结了增材制造技术在高熵合金领域的研究进展，并重点分析了不同增材制造技术的工艺特点及其在组织调控中的作用。增材制造技术中的高冷却速率促进了细晶组织和纳米析出物的形成，而工艺参数的优化（如激光功率、扫描速度）和后续热处理（如退火、深冷处理）则是进一步提高高熵合金性能的重要手段。此外，通过深入探讨组织结构与性能的关联，揭示了FCC、BCC、双相结构等对力学性能等多功能特性的关键影响机制。

     尽管增材制造技术在高熵合金制备中取得了诸多成果，但仍存在裂纹控制、成分偏析和大尺寸部件制造等问题，需要展开深入研究。未来可能的发展方向包括：（1）开发适应工业应用的高效制备工艺；（2）利用人工智能优化工艺参数，实现精准调控；（3）探索新型高熵合金体系，结合多尺度模拟技术，推动理论与实验的协同发展。随着增材制造技术的不断进步，高熵合金将在更广泛的领域发挥其潜力，为先进材料科学与制造技术的融合提供新的动力。

参考文献（略）

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