解析：高熵合金FeCoCrNiMn的增材制造工艺
时间:2022-10-11 09:17 来源:增材研究 作者:admin 点击:次
| FeCoCrNiMn虽然是最早发现的高熵合金之一，但人们对其的研究始终没有停止。为了得到FeCoCrNiMn的精密零件或涂层，增材制造是目前最优选择。发挥增材制造的特有优势，是设备使用者们的不断追求。 一、等离子熔覆（PTA） 等离子熔覆（PTA）是制备较厚高熵合金涂层的优选方案。武汉大学与华中农业大学联合团队研究了如何通过工艺调整得到期望的FeCoCrNiMn涂层。团队以65Mn作为基体，熔覆电流分别为110A、130A、150A、170A、190A进行试验。随着电流增大，枝晶间组织（ID）变大变平整，电流变化对元素扩散有显著影响。 
电流在110A至150A间，涂层硬度随着电流增大而减小。电流在170A时，涂层硬度陡降。电流在190A时，涂层硬度变大，与基体元素熔入有关。
电流变化对相结构没有影响，电流变大使涂层择优取向由（111）转为（200）。
二、选区激光熔融（SLM）： 选区激光熔融（SLM）是增材制造技术中的一种粉末床熔融制备方式。SLM的工艺变化可以调控合金的微观结构。 中南大学与中国建材总院联合团队近期开展了SLM制备FeCoCrNiMn的工艺研究。试样成分为：21.69 Fe-20.26 Co-19.43 Cr-20.45 Ni-16.83 Mn-0.92 N-0.42 Si (at%)。改变扫描偏转角度（45°、67 °、 90°），保持恒定的扫描速度（800 mm/s）、层厚（40 μm）和激光间距（80 μm）来制备三组样品。 三组样品都观察到明显的位错胞结构。相较于R45样品，R67和R90样品具有高位错密度，胞壁和胞的内部都有大量的位错缠结。 
选用45°激光扫描偏转角度制备的样品中90°枝晶生长模式和扁平的熔池轮廓， 因而其微观结构呈现明显的柱状树枝晶的外延生长。并且，R45 样品沿构建方向上（X-Z 面）的晶粒呈明显的柱状形貌，具有最大的晶粒尺寸为 128 μm。 
小的晶粒尺寸降低了裂纹敏感性，使得选用 67°激光扫描偏转角度制备的样品具 有低密度的热裂纹缺陷，而且选区激光熔融制备工艺中形成了多层级结构，包括高密度位错胞、位错缠结、细小析出相和多峰晶粒结构，有效地提高合金的力学性能，因而 R67 样品具有最优的力学性能和高的加工硬化率：屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为 614 MPa，758 MPa 和 15.7%。 
变形引起的高密度微观条带和少量的孪晶是 FeCoCrNiMn高熵合金的变形机制，华中科技大学研究团队研究了工艺参数对SLM成形FeCoCrNiMn高熵合金的相组成、微观组织和力学性能的影响规律。 
SLM成形过程中，熔池与熔池之间(XY成形面)及层与层之间(Z成形面)凝固搭接具有一定的时间差，导致上一熔池(层)与下一熔池(层)之间物理状态不同，熔池与已凝固的基体接触，较大的温度梯度会使在凝固搭接面产生较大过冷度，形成尺寸细小的亚晶粒，同时产生较大的热应力，导致在晶粒边界处易产生开裂形成裂纹。熔池(层)边界处存在的较大热应力使其在腐蚀时具有较快的腐蚀速度易形成腐蚀坑，在搭接处易形成特征形貌。 
上海交通大学团队研究了SLM温度梯度G和凝固速度R对结晶形式的影响。随着G/R的增大，晶粒形态由平面晶向胞状晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶依次转变。由于金属导热系数较大，水平方向的总热流方向会偏向已沉积的金属一侧，因此，总的热流方向就是斜向下。 
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