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中南大学苏州实验室《JMST》:激光增材制造三重颗粒强化高强过共晶高熵合金 发表时间 : 2024-10-08 来源: 安博体育官方网站入口手机版

  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。

  AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金以其优异的双相协调变形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,且具有相对来说比较稳定的微观结构的合金显得很重要。

  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,为开发具有相对来说比较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。

  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根本原因,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明显地增加的主要原因。

  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,本文报道的成分能够最终靠增材制造成形具有相对来说比较稳定的微观结构和可调控力学性能。

  陈超,中南大学粉末冶金国家重点实验室研究员、博士生导师,湖南省优青,现任中国生物材料学会医用金属材料分会委员、湖南省金属与陶瓷医用植入体工程研究中心副主任。主要研究方向为增材制造(3D打印)专用合金设计和医用金属材料加工技术,主持和参与“可降解高强变形锌合金板/棒/箔材研发”、“铝合金粉末3D 打印构件缺陷抑制与形/性协同调控技术”、“3D打印用钨钼难熔金属及预合金粉末制备技术”等国家重点研发计划3项,主持国家自然科学基金面上项目、湖南省重点研发计划项目、湖南省自然科学基金及企业技术开发项目10余项,发表学术论文80余篇,在金属增材制造领域获发明专利授权10余项,出版《X射线衍射技术》等专著和教材2部、翻译专著1部,获省部级二等奖2项。作为第一指导老师,指导研究生在第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛中荣获银奖。

  罗晋如,副研究员,博士生导师,主要是做变形金属组织演变与强韧化机理方面的研究,目前已在International Journal of Plasticity、Additive Manufacturing、Journal of Materials Science & Technology等领域知名期刊发表论文60余篇、授权发明专利6项、软件著作权3项;兼任中国电子背散射衍射专业学术委员会委员、任《精密成形工程》、《粉末冶金材料科学与工程》和《粉末冶金技术》等期刊青年编委;在2020年和2023年材料基因工程高层论坛、2021年和2023年中国材料大会、以及历年全国电子显微学学术年会等国内外知名学术会议做邀请报告十余次,任2023年中国材料大会奖励委员会委员,并组织承办2023年中国材料大会。C16极端服役环境下材料性能与评价分会。

  宋淼,中南大学特聘教授、博士生导师、升华学者,国家级海外高层次青年人才。主要致力于机理驱动金属材料的设计与研发,聚焦解决材料在制备、加工及复杂环境使役过程中遇到的关键基础科学问题,深入研究了材料微观组织架构与性能之间的关系,并取得了一系列创新性研究成果。已在Science (2), Nature (1), Acta Materialia (7)等国际重要学术期刊发表论文90余篇,引用近3000次,申请专利6项,在国内外重要学术会议作邀请报告30余次。担任Journal of Materials Science & Technology,Advanced Powder Materials, Materials Research Letters等期刊青年编委及多种国际重要学术期刊的审稿人。主持国家自然科学基金、湖南省自然科学基金等项目5项。

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