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3D科学谷瞻念察
激光功率和扫描速率是激光粉末床熔融（PBF-LB）时候中两个要害的工艺参数，它们通过影响熔池的热历史、元素搀杂、晶粒滋长和微不雅结构，进而显赫影响高熵合金的力学性能。”
1 筹商布景
增材制造时候，尤其是激光粉末床熔融（PBF-LB）时候，因其好像制造复杂方法和高精度的零件而备受存眷。与传统制造工艺比拟，PBF-LB时候无需模具或切削用具，极地面彭胀了设想的可能性。材料的力学性能主要由其微不雅结构决定，因此在增材制造进程中好像疗养微不雅结构的演变，即所谓的原位定制，关于制造具有不同力学性能条目的复杂方法零件具有进军好奇赞佩。高熵合金（HEAs）是一类由五种或更多主要元素以接近等原子比构成的合金，因其私有的性能而受到闲居存眷。高熵合金的筹商从第一代等原子比合金逐渐发展到第二代非等原子比合金。筹商标明，高熵合金的构成变化会导致其相和微不雅结构的变化。现在，高熵合金在PBF-LB中的因素变化筹商主要汇注在两种元素添加要领上：预合金粉末和搀杂粉末。预合金粉末通过添加过富饶合金元素来赶走相含量的变化，而搀杂粉末的原位合金化则通过在熔池中引入微米级浓度变化区域和原位疗养熔池来调整微不雅结构。
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2 后果简介
在这项筹商中，筹商东说念主员通过窜改激光参数来调控微米级元素搀杂，赶走了高熵合金（HEAs）的微不雅结构和性能的原位定制。筹商对象为AlSi10Mg和FeCoCrNi搀杂粉末的原位合金化。践诺赶走标明，在合理的工艺参数限制内，缩短体积能量密度（VED）不错显赫增多BCC相含量，减少晶粒尺寸，使晶粒形态从柱状晶转机为细晶，并增多位错密度。相应地，合金的屈服强度提高了21%，抗拉强度提高了16%。筹商东说念主员还通过贪图流体能源学（CFD）模拟揭示了这一要领的机制。赶走标明，缩短激光功率和增多扫描速率会收缩元素搀杂能力。在调换的VED下，缩短激光功率对元素搀杂的影响大于缩短扫描速率的影响。这些因素从根柢上决定了微不雅结构和性能的变化。此外，筹商东说念主员还发现，通过同期缩短激光功率和扫描速率，不错在保捏VED不变的情况下，进一步增多BCC相含量和位错密度，从而阔别提高合金的屈服强度和抗拉强度15%和8%。
3 图文导读
图1：(a) 不同工艺参数下通过原位合金化制备的合金的金相图；(b) 基于(a)中合金的孔隙率统计的相对密度拟合等高线图；(c) 通过阿基米德要领测量的样品密度值的拟合等高线图。
图2：模子建造和网格生成。
图3：(a) 在三种工艺参数：200W700mm/s、200W1400mm/s和100W700mm/s下制备的样品的XRD图谱；(b) 从XRD图谱和EBSD数据阔别贪图出的BCC相的体积分数；(c, d, e) 在三种工艺参数下制备的样品的EBSD相图，其中FCC相用红色示意，BCC相用蓝色示意，不雅察平面为与BD平行的侧面。
图4：(a, b, c) 阔别披露了在三种工艺参数：200W700mm/s、200W1400mm/s和100W700mm/s下制备的样品的EBSD取向成像微不雅图（OIM）和极图。不雅察平面为与BD平行的侧面。
图5：(a, b, c) 阔别披露了使用三种工艺参数：200W700mm/s、200W1400mm/s和100W700mm/s制备的样品的EBSD再结晶晶粒分散图。图中蓝色示意再结晶晶粒，黄色示意亚结构晶粒，红色示意变形晶粒。(d, e, f) 对应于调换三组工艺参数的EBSD数据的局部取向偏差图和KAM统计图。这些图还展示了通过分析贪图出的GND密度。不雅察平面为与BD平行的侧面。
4 小结
这项筹商建议了一种通过调整原位合金化PBF-LB的工艺参数来调控微米级元素搀杂，从而定制双相高熵合金的微不雅结构和力学性能的要领。通过践诺和CFD模拟，筹商东说念主员发现缩短体积能量密度（VED）不错显赫增多BCC相含量，减少晶粒尺寸，使晶粒形态从柱状晶转机为细晶，并增多位错密度。
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这些变化导致合金的屈服强度提高了21%，抗拉强度提高了16%。CFD模拟赶走标明，缩短VED会导致熔池的尺寸、温度、流体速率和寿命减少，从而收缩元素的搀杂能力，促进Al富集区域的酿成，这些区域在固化进程中发展成BCC相。BCC相的存在不容了FCC晶粒的外延滋长，导致晶粒形态从柱状晶转机为细晶。
此外，由于搀杂不均匀性增多，Al浓度梯度增多，导致位错密度高潮。这些因素是VED缩短时力学性能增强的主要原因。通过同期缩短激光功率和扫描速率，不错在保捏VED不变的情况下，进一步增多BCC相含量和位错密度，从而阔别提高合金的屈服强度和抗拉强度15%和8%。
CFD模拟赶走揭示了在从高VED参数向低VED参数过渡的进程中，缩短激光功率比增多扫描速率更有用地收缩熔池中元素的搀杂能力。这讲明了为什么低激光功率和低扫描速率参数组合的BCC相含量高于高参数组合，也讲明了力学性能的晋升。在PBF-LB进程的合理参数限制内，不同参数的合金齐推崇出Lomer-Cottrell (L-C) 锁强化机制，但主要强化机制存在显赫相反。低VED参数合金的主要强化机制是由BCC相指点的异质变形指点（HDI）强化，而高VED参数合金的主要强化机制是变形微带。
这项筹商为增材制造梯度材料的制备要领提供了新的念念路，冲破了粉末因素梯度的限度，赶走了性能和微不雅结构的调控。举例，该要领不错欺诈于制造具有硬外壳和韧性内核的零件，如齿轮和轴。
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尽管本文呈文了通过参数调控相、晶粒、位错和性能的表象，并从单说念熔池的角度商量了熔池内元素搀杂的影响，但在实质多层扫描进程中，层间热效应付面微不雅结构的影响尚未辩论。当使用这种要领构建不同参数的多层结构时，不同参数层之间的微不雅结构和性能可能会受到层间热效应的影响，这在一定进程上限度了这种原位调整要领的目田度。翌日的筹商需要进一步探索层间热效应以及该工艺在不同材料中的适用性。
文件：
https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.104648
开端 材料筹商前沿 l
山东大学王广春Additive Manufacturing：通过激光参数调控赶走高熵合金微不雅结构和性能的原位定制
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