3D科学谷《当前的挑战和未来的研究方向 l 3D打印HEA高熵合金》一文中，提到中熵、高熵合金的制备存在一些挑战，例如致密化、裂纹和残余应力、尺寸精度和表面光洁度、化学均匀性、结晶和微观结构控制、性能各向异性等。因此，应开展进一步的工作，通过增材制造技术拓宽对这一新金属材料家族的认识。
来自北京科技大学，新金属材料国家重点实验室北京材料基因工程高精尖创新中心的一篇《高熵合金的制备成形加工工艺》论文发表在《精密成形工程》上。
论文链接：
http://jmcx.ijournals.cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20220103&flag=1
研究内容
高熵合金作为一类新型多组元的复杂合金材料，因其独特的优异性能引发了广泛的关注。与传统合金相比，高熵材料的制备工艺与传统材料具有相似性，但也有其特殊性。
从不同维度出发，论文讨论与分析了各种形态高熵材料的制备成形加工工艺，主要包括三维块体材料、二维薄膜及薄板材料、一维纤维材料以及零维粉末材料。主要总结了电弧熔炼法、感应熔炼法、增材制造法、粉末冶金法、磁控溅射、激光熔覆等制备技术；此外，讨论了通过变形加工工艺制备高熵薄板、丝材及纤维的方法。旨在对已开发的高熵材料的制备成形及加工工艺进行总结及讨论，为以后面向“工艺”技术开发新型的高熵材料提供技术支持。
根据论文，传统的熔炼技术在合金块体冷却的过程中，不可避免的产生温度梯度，这将造成组织结构的不均匀性，这将造成组织结构的不均匀性，即典型的异质铸造结构：表层的细晶区、中间的柱状晶区及内部粗大的柱状晶区。此外，熔炼过程中产生的空洞、裂纹等铸造缺陷也是影响材料性能的关键问题之一，往往需要后续的变形及热处理来实现组织结构的均匀化，或消除原始的铸造缺陷。相较于传统的熔炼技术，选区熔化的增材制造技术具有较高的冷却速率，制备获得的合金组织均匀、晶粒细化，表现出优异的综合力学性能。越来越多的工作将增材制造技术应用于高熵合金的制备及性能改善中来。
增材制造技术的优势可归结为以下几点：
1 热量均匀，热影响区较小且快热快冷，易于得到均匀细小的晶粒，甚至于纳米或微米晶粒；
2 成形精度高，可精密控制合金的尺寸及形状，有效缩短加工周期。当前生产大尺寸合金仍然具有较大的挑战，且开发成熟的高熵合金粉末制备技术也是推进增材制造技术进一步发展的关键因素。
合金块体的熔炼
© 精密成型工程
随着氮含量变化(Al0.5CrFeNiTi0.25)Nx系合金薄膜的相结构
© 精密成型工程
晶格结构的示意
© 精密成型工程
高熵合金薄板的实物
© 精密成型工程
结语
高熵合金作为一种新兴的复杂多主元合金，其成分的开发主要聚焦于相图中心的一个全新区域；其独特的设计理念及优异的理化性能，促生了许多具有优异性能的新型高熵材料，在结构材料、功能材料及生物医用领域展现出了非常大的发展潜力。
经过十几年的发展，高熵合金的定义及材料体系被不断完善，从最初的合金块体发展到了薄膜、涂层、薄带、薄板、丝材及粉末等各个维度、尺度的高熵材料。
虽然高熵材料取得了许多突破性进展，但由于合金成分固有的复杂性，为合金的成分设计、样品制备以及性能机理分析提出了更高的难度。未来，高熵合金的发展除了聚焦于“性能驱动”，也需要从“工艺驱动”的角度，去开发新型的适用于变形、铸造、制粉、粉冶等特殊工艺的高熵材料，这将对高熵合金更进一步的发展及应用领域的拓展研究具有重要的意义。
DOI: 10.3969/j.issn.1674-6457.2022.01.003
闫薛卉, 张勇. 高熵合金的制备成形加工工艺[J]. 精密成形工程, 2022, 14(1): 19-27.
YAN Xue-hui, ZHANGYong. Preparation and Forming Process of High-Entropy Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2022, 14(1): 19-27.
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