难熔高熵合金（RHEAs）是一类以Nb，Mo，W，Ta等难熔元素为主元的高熵合（HEAs），具有简单的相结构和优异的高温综合力学性能，在航空航天、核能和石油等领域具有广阔的应用前景。由于RHEAs室温脆性难加工的特点，传统的工艺方法在制备RHEAs时存在制造过程复杂、周期长、材料利用率低、成本高等诸多问题，极大地限制了RHEAs的发展和应用。激光增材制造（LAM）技术因其能实现复杂零件的直接自由成形，而逐渐成为制备RHEAs的一条重要途径，为RHEAs的研发和应用带来了新的契机。

       《稀有金属》期刊中发表的《难熔高熵合金激光增材制造：研究进展与展望》一文，对近年来激光增材制造RHEAs的研究现状进行了综述，介绍了激光增材制造RHEAs的成形特性，分析了RHEAs打印件的相组成和显微组织特征，总结了打印件的显微硬度、压缩强度以及耐磨、耐腐蚀和抗高温氧化性能。最后归纳出目前激光增材制造RHEAs的现存问题，并对其未来的发展趋势进行了展望。

 图文速览

图1 LMD和SLM工艺原理图
Fig.1 Schematic diagram of LMD（a）and SLM（b）process

图2 RHEAs主要难熔元素和常用附加元素的熔点和沸点
Fig.2 Melting point and boiling point of refractory elements and common additional elements of RHEAs

图3 直接沉积和重熔策略沉积单道熔覆层表面以及薄壁试样纵截面的SEM图像和能谱(EDX)元素分布图
Fig.3 SEM images（a, b）and EDX elemental maps（c~g）of samples prepared by direct deposition and remelting strategy deposition[27]（a~d）Surface of single-pass cladding layer prepared by direct deposition（a, c）and remelting strategy deposition（b, d）;（e~g）Longitudinal sections of thin-walled samples prepared by direct deposition（e）and remelting strategy deposition（f, g）

图4 优化打印参数前后试样应力分布状态以及样件
Fig.4 Stress distribution of samples before（a）and after（b）optimization；Printed samples before（c）and after（d，e）optimization

图5 MoNbTaW系RHEAs在300 ℃下的四元相图
Fig.5 Phase diagram of MoNbTaW system RHEAs below 300 ℃

图6 LMD和VAM成形WNbMoTa合金晶粒的SEM图像， SLM成形WMoTaNbV合金的枝晶间偏析， LMD成形TiZrNbHfTa合金棒状试样纵截面SEM图像和不同区域对应的EBSD图像
Fig.6 Grain morphology（SEM images）of WNbMoTa alloys formed by LMD（a）and VAM（b）；（c）Inter-dendrite segregation of SLMed WMoTaNbV alloy；（d）Longitudinal section morphology（SEM image）and corresponding EBSD images of different regions of TiZrNbHfTa alloy rod specimen formed by LMD

图7 不同成分MoNbTaW RHEAs的晶粒分布EBSD图像、 相应的极图和沿沉积方向的元素和硬度分布
Fig.7 EBSD images and corresponding pole figure as well as distribution of elements and hardness along deposition direction of MoNbTaW RHEAs with different compositions（a） Homogeneous composition materials；（b）W-gradient materials；（c）Nb-gradient materials

图8 SLM成形NbMoTaTixNiy HEAs的室温压缩性能以及不同温度下SLM成形NbMoTaTi0.5Ni0.5 HEAs的压缩性能
Fig.8（a）Room temperature compression properties of SLMed NbMoTaTixNiy HEAs；（b）Compression properties of SLMed NbMoTaTi0.5Ni0.5 HEAs at different temperature

图9 不同Nb含量MoFe1.5CrTiWAlNbx合金的磨损量及摩擦系数曲线，涂层表面磨痕SEM形貌，C14-Laves相TEM图片及其相应的衍射斑点
Fig.9 Wear volume loss（a）,friction coefficient curves（b）,SEM images of coating surface after friction test（c~g）,TEM image of C14-Laves phase and corresponding selected area electron diffraction map（h）of MoFe1.5CrTiWAlNbx alloy with different Nb contents

图10 316L不锈钢以及SLM成形MoNbTaW合金的腐蚀形貌
Fig.10 Surface morphology of 316L stainless steel（a）and SLMed MoNbTaW alloy（b）after corrosion

 全文小结

从研究现状来看，目前研究者在激光增材制造RHEAs工艺优化、组织和力学性能调控方面都取得了一定的进展。通过工艺调整可以实现部分RHEAs的良好成形，整体表现出优异的力学性能。基于高通量的原位合金化设计，对RHEAs的快速筛选也有着显著的效果。总体而言，激光增材制造RHEAs展现出了可观的应用前景。但在激光增材制造过程中，对材料特性与制备工艺的调控仍需深入研究。此外，实现成形质量和尺寸的突破仍是需要面临的一大难题。因此，针对激光增材制造RHEAs现阶段存在的问题，未来可以从以下几个方面继续开展研究：

1．开发适用于增材制造的RHEAs材料体系。目前激光增材制造RHEAs多沿用传统制造技术中成分相似的粉末材料。但SLM是一个复杂的热力耦合过程，所用粉末材料需要考虑激光吸收率、熔化温度、流动性、热稳定性和抗开裂能力等诸多因素。传统体系合金粉末在SLM时普遍存在开裂问题，极大限制了激光增材RHEAs的发展。因此，有必要针对SLM工艺特性，开发适用的新合金体系。其中，基于SLM高通量设计进行原位合金化和成分梯度材料制备，可对材料的显微组织和力学性能进行快速表征测试，实现合金成分的快速筛选。

2．进一步开发和优化激光增材制造RHEAs工艺。为实现激光增材制造RHEAs零件的高质量成形，可从以下两个方面对激光增材制造RHEAs的工艺进行改善。一是深入了解成形过程，如光粉作用机制，熔池演变规律，冶金缺陷的形成机制等。借助在线监测和原位同步成像，对成形过程进行实时监测，以便及早发现缺陷并进行调控。二是研究激光增材制造RHEAs工艺与显微组织、力学性能之间的关系，建立激光增材制造RHEAs的性能评价体系，以指导工艺标准的制定。

3．探索激光增材制造RHEAs 的高温服役性能。RHEAs简单稳定的相结构赋予了其优异的高温力学性能。作为新一代的高温合金，其未来瞄准的是航空航天、军工装备及核能化工等对热端部件要求较高的领域内的应用。但是，目前对激光增材制造RHEAs高温服役性能的研究还不够深入和全面。需进一步理解激光增材制造RHEAs的高温服役行为和失效机制，包括高温蠕变、疲劳、氧化、腐蚀和辐照等。研究其在高温服役环境下相组成、晶粒结构等显微组织的稳定性，明析其组织结构演变规律对合金高温性能的影响机制，为激光增材制造RHEAs的服役性能优化及其工程应用奠定理论基础。

论文引用信息：

张文军，伊 浩，曹华军，黄健康. 难熔高熵合金激光增材制造：研究进展与展望[J]. 稀有金属，2022，47(5): 601-617.
Zhang Wenjun，Yi Hao，Cao Huajun，Huang Jiankang. Laser Additive Manufacturing of Refractory High Entropy Alloys：Research Progress and Prospects[J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2022, 47(5): 601-617.

(责任编辑：admin)

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