...增材制造低温条件下具有优异强塑性组合的高熵合金基复合材料_百 ...

发布网友发布时间：2024-10-11 03:19

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热心网友时间：2024-10-11 03:31

本文探讨了激光增材制造的CoCrFeMnNi高熵合金（HEA）及其2 wt.% TiC/CoCrFeMnNi复合材料（HEC）在室温（293 K）和低温（93 K）下的机械性能和变形行为。TiC纳米颗粒促进了致密化过程，并均匀分布在HEC样品的亚结构周围和内部。研究发现，当温度从293 K降至93 K时，HEA和HEC样品的强度和延展性同时增加。这归因于位错强化和Orowan强化的差异，与温度相关的热膨胀系数和弹性模量有关。HEC样品的延展性增加（10.3%）小于HEA样品（26.4%），因为低温变形过程中没有产生额外的硬化机理。此研究为设计结合良好强度和延展性的低温应用材料提供了新途径。

中/高熵合金（MEA / HEA）在结构材料领域引起了广泛兴趣，特别是等原子CoCrFeMnNi在室温和低温力学性能、耐氢脆性和断裂韧性方面的优点。然而，屈服强度相对较低是CoCrFeMnNi HEA面临的问题。因此，需要开发新途径实现高性能FCC HEA材料，如制造方法、成分改性或两者结合。传统制造方法如粉末冶金、电磁悬浮铸造或真空电弧熔炼难以实现精细微观结构和复杂几何形状。增材制造（AM）提供了制造高性能金属材料的新途径。激光粉末床熔合（LPBF）技术能够直接制造集材料、结构和性能于一体的复杂三维组件。近年来，AM制造的HEA研究引起了广泛关注。在AM制造的HEA中，形成非均匀细胞亚结构以强化和增韧材料。在CoCrFeMnNi HEA中添加增强剂是一种有效方法。陶瓷颗粒是强化纯金属材料的理想选择，因其低密度、高硬度、高弹性模量和出色耐磨性。然而，关于AM制造的MEA / HEA复合材料的低温性能和增强机制的研究较少。

低温环境对HEA的力学性能提出了更高要求。AM制造的FCC MEA / HEA通常表现出优异的低温强度和延展性。然而，关于AM制造的MEA / HEA的低温力学性能研究较少，且在MEA / HEA基复合材料领域未见报道。大多数研究发现，同时增强强度和延展性的现象在AM制造的FCC MEA / HEA中常见。然而，低温下CoCrNi MEA的强度几乎线性增加，伸长率下降，归因于晶界与大面积孪生边界的相互作用导致微虚形成，并在较高应力下导致过早失效。类似地，增材制造制造的原位纳米氧化物增强CoCrFeMnNi HEA基体纳米复合材料在低温下伸长率降低。高熵合金的低温变形机理有待进一步研究。陶瓷颗粒被认为是提高屈服强度的优秀候选者。然而，关于MEA / HEA基复合材料在低温性能和增强机制的研究未见报道。

华东理工大学Xiancheng Zhang教授团队研究了TiC纳米颗粒在CoCrFeMnNi HEA中对293 K和93 K下的微观结构和力学性能的影响。研究非增强材料和增强材料在293 K和93 K下的变形结构，揭示机械性能差异。通过激光增材制造成功制备了由TiC纳米颗粒增强的CoCrFeMnNi HEA基体复合材料。与室温性能相比，HEA和HEC样品在低温下强度和延展性同时得到提高。TiC纳米颗粒显著提高了293 K和93 K时的HEC强度和延展性组合，低温拉伸强度达到了AM制造的MEA / HEA中报道的最高值。对于HEA样品，强度和延展性的显著提高归因于93 K下多个孪生体系引起的额外硬化贡献。当温度从293 K降至93 K时，HEC样品的屈服强度增量显著高于HEA。此研究为设计低温应用中结合良好强度和延展性的高性能材料提供了新途径。