近日，中南大学粉末冶金研究院，苏州实验室采用Thermo-Calc设计了一种具有低裂纹敏感因子的过共晶Al0.7CoCrFeNi2.4合金，通过激光粉末床熔融技术获得优异的极限抗拉强度（≥1200 MPa）和断后伸长率（≥20%）。在800 °C下时效30分钟后，强度提高到1500 MPa，断后伸长率依旧能保持15%，优异的力学性能源于三重强化机制，FCC基体中的L12纳米析出相和B2颗粒，以及B2相中的富Cr球形纳米颗粒。
相关研究论文发表在Journal of Materials Science and Technology 期刊上。本期谷.专栏将对发表在材料科学技术上的这一研究进行分享。
▲DOI: 10.1016/j.jmst.2023.11.054
第一作者：耿赵文
通讯作者：陈超，罗晋如
通讯单位：中南大学粉末冶金研究院，苏州实验室
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3D科学谷发现
3D Science Valley Discovery
过共晶高熵合金
过共晶高熵合金（Hypereutectic High Entropy Alloys, Hyper-EHEAs）是共晶高熵合金的一种特殊类型，它们在合金设计中具有一个或多个元素的含量超出了共晶点的成分比例，导致在凝固过程中形成初生相，随后是共晶组织。这种合金通常展现出优异的力学性能，如高强度和良好的塑性。
过共晶高熵合金的微观组织通常由初生相和共晶相组成。例如，在NiAl基过共晶高熵合金中，初生相可以是MoCrV、MoCrFe或MoCrVFe等，这些初生相通常具有较高的显微硬度，并且对合金的强化起到了重要作用。随着合金中初生相含量的增加，合金的屈服强度也会相应提高。
过共晶高熵合金的力学性能可以通过调整合金成分和微观结构来优化。例如，通过控制合金中初生相和共晶相的比例，可以调节合金的强度和塑性。此外，通过热处理和加工工艺，如冷轧和退火，也可以进一步提高合金的力学性能。
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研究背景
AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金以其优异的双相协调变形能力引起众多科研工作者的极大关注，这类由FCC/B2相组成的共晶高熵合金，凝固间隔窄，流动性优异，成为新的增材制造技术成形研究热点。然而，共晶成分合金的微观结构对打印工艺参数、原材料有极大的敏感性，影响了此类合金的工程应用拓展。因此，为促进增材制造AlCoCrFeNi系高熵合金的工程应用，设计能够在宽工艺区间成形，且具有相对稳定的微观结构的合金显得尤为重要。
研究亮点
基于Thermo-Calc计算设计了Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶、窄凝固间隔的新型高熵合金成分，并通过LPBF工艺成形。结合不同的时效处理，获得了性能可调控的过共晶高熵合金，为开发具有相对稳定成分和可控微结构的增材制造高熵合金提供理论指导。
图文解析
根据Thermo-Calc&Solidification Cracking Index设计了过共晶的Al0.7CoCrFeNi2.4，构筑了由网格状B2相包围FCC相的胞状结构，极限抗拉强度（≥1200 MPa）和延性（≥20%）。
打印态合金在800℃下时效30分钟，获得了优异的极限抗拉强度（1450MPa）和断后伸长率（15%）。球化B2相和FCC基体保持K-S取向关系。时效处理后，胞状结构的消失，三重纳米沉淀提供主要的强度增量：FCC基体中的L12纳米沉淀和棒状B2颗粒，以及B2相中富Cr球形纳米颗粒，弥补了胞状结构显示和位错回复导致的强度缺失。
在910°C下时效120分钟后样品的伸长率显着增加（24%至36%），屈服强度依旧能保持在683MPa，回溶引起的基体纯化是屈服强度下降的主要原因，时效处理后形成的模量相互匹配的双相结构是断后伸长率显著增加的主要原因。
总结展望
采用LPBF制备了无裂纹Al0.7CoCrFeNi2.4合金，其微观结构稳定，成分相对可控。该方法利用增材制造快速凝固特性，并辅以后续的时效处理，实现对强度和延伸率的可控调整。这项工作为新型可打印高熵合金的设计和工艺优化提供了理论指导，本文报道的成分可以通过增材制造成形具有相对稳定的微观结构和可调控力学性能。
来源
材料科学和技术l
中南大学/苏州实验室；JMST；L-PBFed三重颗粒强化高强Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金
引用本文
Zhaowen Geng, Chao Chen, Miao Song, Jinru Luo, Jiaxuan Chen, Ruidi Li, Kechao Zhou, High strength Al0.7CoCrFeNi2.4 hypereutectic high entropy alloy fabricated by laser powder bed fusion via triple-nanoprecipitation, J. Mater. Sci. Technol. 187 (2024) 141-155.
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