大连理工大学研究生，大连理工大学研究生院
高强度合金增材制造技术能够制造复杂的金属部件。然而，由于微缺陷的存在其延展性通常不令人满意，在应用之前，增材制造-3D打印的合金部件需要通过热处理来优化结构。然而，后热处理存在改变打印部件形状的可能，导致打印部件的质量降低。此外，许多形状复杂的3D打印大型合金零件很难通过热等静压加工。这就要求增材制造合金具有良好的强度和延展性，而无需额外的热处理。
大连理工大学卢一平教授、苏州大学吴小香教授、中南大学李志明教授等紧密合作协同研究，在共晶高熵合金3D打印（增材制造）领域取得突破性进展，通过3D打印可以制造具有优异延展性和超高强度的共晶高熵合金 (EHEA) 。
相关工作以封面论文的形式发表在Journal of Materials Science & Technology（ 126 (2022) 15–21）期刊。本期谷.专栏，将对这项科研成果的研究背景，研究亮点进行分享。
▲原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.04.004
©3D科学谷白皮书
研究背景
粉末床熔融增材制造技术目前已经广泛用于复杂精密金属构件成形，然而，由于成形件中夹渣/气孔等缺陷和内应力的存在，通常需要后续热加工处理才能应用，如热处理、热等静压等。例如，打印态钛合金复杂构件在未经后续热加工处理前的延伸率通常低于5%，难以满足工程应用要求。采用后热处理易于造成打印件变形，甚至超出加工余量设计范围。而热等静压处理能够有效消除气孔缺陷并调控组织，从而提升性能，但复杂形状金属构件难以采用热等静压处理，并且直径超出1.2 m 的大尺寸部件也很难以进行热等静压处理（热等静压设备限制）。上述问题迫切需要开发一类新型合金，使得打印态金属构件就具有优异的强度和塑性，无需后续热加工处理。
共晶高熵合金是2014年由大连理工大学卢一平教授等提出的一类新型合金，该类合金具有高熵合金和共晶合金的优点，可同时具有优异的铸造性能、力学性能、耐腐蚀性等优点。第一个报道的经典共晶高熵合金AlCoCrFeNi2.1在铸态下，拉伸断裂强度超过1 GPa，拉伸塑性超过15%，同时具有优异的耐海水腐蚀性能，是优异的结构功能一体化材料。目前共晶高熵合金已经成为金属合金研究领域的热点。
论文亮点
在这篇论文里，研究团队的工作显示共晶高熵合金经由普通的3D打印技术，制备出的大块公斤级试样即显示出了优异的塑性和超高的强度，打印态的AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金拉伸屈服强度～1040 MPa, 拉伸延伸率～24%，同时具有99.998%致密度以及优异的耐海水腐蚀性能。打印态的共晶高熵合金综合力学性能超越目前所有的大体积打印态金属合金材料
图文解析
3D打印AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金优异的性能直接从打印态大块公斤级试样上测试得到，测试样品没有经过任何的热处理或热等静压工艺处理。打印态的共晶高熵合金优异的力学性能主要归因于共晶合金优异的铸造性能以及FCC和纳米B2相原位复合共晶片层结构，这种软硬相复合的纳米片层异质结构，最大程度地抑制了位错运动，同时提高了合金的加工硬化能力。
结论展望
目前的工作显示：具有优异力学和耐腐蚀性能的共晶高熵合金适合3D打印大规模工业化生产，可用于制备形状复杂部件或大尺度部件，具有高效、低成本、制备工艺简单而无需后续热加工处理工艺等优点，极具工业化应用前景。
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