華中科技大學(xué)柳林教授團(tuán)隊(duì)：增材制造高熵合金復(fù)合材料綜述

來源：中國有色金屬學(xué)報

高熵合金復(fù)合材料因其具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能而吸引了研究者們廣泛的關(guān)注，但高熵合金大多是固溶體，熔體流動性差，鑄造成形較為困難。增材制造技術(shù)是一種逐層堆積的成形技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的直接成形。因此，近年來越來越多的研究工作開始聚焦于應(yīng)用增材制造技術(shù)制備高熵合金及其復(fù)合材料，這些研究將為高熵合金及其復(fù)合材料的成形加工及其工程化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

《中國有色金屬學(xué)報（英文版）》中刊登的Additive manufacturing of high-entropy alloy composites: A review 一文，對增材制造高熵合金復(fù)合材料的最新進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)性的總結(jié)和評論，包括粉末制備、微觀組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等，并對增材制造高熵合金復(fù)合材料目前存在的問題和未來的發(fā)展方向進(jìn)行了討論和展望。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1003632622660862


增材制造技術(shù)是一種新型的加工方式，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形狀零件的直接成形。用于高熵合金復(fù)合材料的增材制造技術(shù)主要有兩種，粉床熔融增材制造（LPBF）技術(shù)（圖1）和直接能量沉積增材制造（DED）技術(shù)（圖2）。

圖1 粉床熔融增材制造技術(shù)：（a）激光粉床熔融技術(shù)；（b）電子束粉床熔融技

圖2 直接能量沉積增材制造技術(shù)：（a）金屬絲為原料；（b）粉末為原料

粉床熔融增材制造技術(shù)以激光或電子束為能量源，在成形過程中，能量源在計算機(jī)控制下選擇性地熔化單層粉床上的部分區(qū)域，該區(qū)域固化后逐層堆積并最終獲得了所需要的零件。該技術(shù)具有加工精度高、冷卻速度快、組織結(jié)構(gòu)精細(xì)、成分均勻等優(yōu)點(diǎn)，適合高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形。而直接能量沉積增材制造技術(shù)是以激光、電子束、電弧為能量源，以金屬粉末或金屬絲為原料，金屬原料被熔化成熔滴后按一定順序堆積成所設(shè)計形狀的零件。該技術(shù)成形速度快，適合大尺寸零件的加工，但其成形精度不及粉床熔融增材制造技術(shù)，往往需要后續(xù)的機(jī)械加工才能達(dá)到目標(biāo)精度。增材制造技術(shù)的出現(xiàn)為大尺寸、復(fù)雜形狀的高熵合金復(fù)合材料零件的直接成形提供了便利。相比于傳統(tǒng)的鑄造成形技術(shù)，高能束增材制造技術(shù)能夠有效地抑制高熵合金及其復(fù)合材料的成分偏析、細(xì)化晶粒，同時在晶粒內(nèi)部形成獨(dú)特的亞結(jié)構(gòu)（如胞狀組織等），這些特點(diǎn)使成形件獲得更好強(qiáng)韌性（圖3），更高的硬度和耐磨性等。

圖3增材制造高熵合金復(fù)合材料的力學(xué)性能對比：（a）屈服強(qiáng)度-延伸率；（b）抗拉強(qiáng)度-延伸率

研究結(jié)論
增材制造高熵合金復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩個方面均具有廣闊的應(yīng)用前景，但該領(lǐng)域的發(fā)展并不成熟，仍存在諸多尚未解決的問題。今后的研究需重點(diǎn)關(guān)注以下幾個方面：
1）復(fù)合材料低溫至高溫下不同溫度的力學(xué)性能及其變形機(jī)理；
2）后處理對高熵合金復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響；
3）復(fù)合材料的斷裂韌性、疲勞、高溫蠕變等服役性能研究；
4）輕質(zhì)高熵合金復(fù)合材料、難熔高熵合金復(fù)合材料的增材制造。

引用格式
OSMAN Hamza, LIU Lin. Additive manufacturing of high-entropy alloy composites: A review[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2023,33(01):1−24

研究團(tuán)隊(duì)

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：柳林教授

華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院柳林教授團(tuán)隊(duì)是材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的首席教授團(tuán)隊(duì)，主要從事非晶合金、高熵合金及其它新型金屬材料的制備、成形、結(jié)構(gòu)與性能的研究，以基礎(chǔ)研究為主，同時注重研究成果的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用。目前有固定工作人員4人（其中教授3名、副教授1名）。在研博士后4名，在讀博士、碩士研究生20余名，是一支由中青年研究人員為主體的勤奮務(wù)實(shí)的研究團(tuán)隊(duì)。研究室研究方向包括：1）先進(jìn)金屬材料研發(fā)（非晶合金、高熵合金、新型高溫合金等）；2）先進(jìn)金屬材料智能成形技術(shù)（激光3D打印、超音速熱噴涂、冷噴涂、磁控濺射）；3）先進(jìn)金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能；4）納米多孔金屬材料及其催化性能；5）先進(jìn)金屬材料的NMR研究。研究室獨(dú)立擁有完善的材料制備、結(jié)構(gòu)表征和性能測試實(shí)驗(yàn)平臺。研究室先后承擔(dān)國家973課題、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家基金委重大研究計劃、重大項(xiàng)目、重點(diǎn)基金、總裝預(yù)研重點(diǎn)項(xiàng)目等重要課題數(shù)十項(xiàng)。團(tuán)隊(duì)成員已在Nature、Nat Comm、Sci Adv、 Acta Mater、Corr Sci等材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文300余篇，獲國家發(fā)明專利30余項(xiàng)。研究成果先后獲教育部自然科學(xué)獎二等獎2項(xiàng)、重慶市自然科學(xué)獎二等獎1項(xiàng)及湖北省自然科學(xué)獎三等獎1項(xiàng)。

第一作者：博士生Hamza OSMAN