摘要：高熵合金（High Entropy Alloys，HEAs）是由四种或四种以上接近原子比的多元元素组成的新型合金，具有高屈服强度和高延展性相结合的优异力学性能，以及优异的耐蚀性、耐磨性和抗疲劳性等，近年来得到了迅速发展和广泛关注。CoCrFeNi是目前研究最多

高熵合金（High Entropy Alloys，HEAs）是由四种或四种以上接近原子比的多元元素组成的新型合金，具有高屈服强度和高延展性相结合的优异力学性能，以及优异的耐蚀性、耐磨性和抗疲劳性等，近年来得到了迅速发展和广泛关注。CoCrFeNi是目前研究最多的面心立方（FCC）单相HEA材料之一，在航空航天和海洋工程等领域具有广泛的应用潜力。

随着增材制造(AM)技术的快速发展，特别是激光定向能量沉积(LDED)技术的应用，为制备高性能的CoCrFeNi基高熵合金提供了新途径。然而，在激光定向能量沉积(LDED)过程中，由于快速熔化和固化，该技术制造的CoCrFeNi高熵合金通常会形成粗大的柱状晶粒，限制了其力学性能的进一步提升。

再结晶和孪生是提高材料力学性能的有效手段，哈尔滨工程大学姜风春团队研究人员提出采用同步超声冲击处理技术（UIT）诱导激光定向能量沉积CoCrFeNi高熵合金发生再结晶和孪生，实现了高熵合金性能的大幅改善。通过多尺度表征研究了超声冲击对材料显微组织的影响机理，并讨论了多种机制对材料强度提升的贡献。此外，采用分子动力学模拟，研究了拉伸过程中HEA的变形机制以及退火孪晶对后续变形孪晶的影响。该工作发表在增材制造领域Top期刊Additive Manufacturing上，第一作者为江国瑞博士生，通讯作者为陈祖斌副教授和果春焕教授。

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图1.超声冲击辅助激光定向能量沉积过程示意图和OM图像：(a)试验装置，(b)拉伸试样，(c)(d)(e)沉积试样的相关区域

图2. 有无超声冲击处理的CoCrFeNi试样EBSD结果:(a)相图，(b) IPF，(c)晶界图，(d) KAM，(e) GOS，(f)极图，(g)晶粒尺寸分布直方图，(h) GND值分布直方图

图4. 超声冲击处理的CoCrFeNi试样再结晶和回复区域的EBSD结果：(a) IPF，(b) KAM，(c)孪晶分布图，(d)极图

图5. 有无超声冲击处理的CoCrFeNi试样的拉伸性能：(a)工程应力-应变曲线，(b)真应力-真应变曲线和加工硬化率-真应变曲线，(c)极限抗拉强度-伸长率曲线

图6.为多种因素对抗拉强度的强化贡献

图7.不同应变下NT和WT模型的应力-应变曲线和原子结构图像

图8.NT和WT模型中的数据-应变曲线：(a)相百分比，(b)位错密度

图9. NT和WT模型在不同应变下的原子结构图像和应力云

主要结论：

同步超声冲击显著改善了DED试样显微组织。DED试样中穿透多个沉积层的大尺寸柱状晶转变为DED-UIT试样中的小尺寸柱状晶和细小的再结晶等轴晶，平均晶粒尺寸从84.2μm减小到22.1μm，减小了约74%。同时，DED-UIT试样中产生了退火孪晶。

阐明了激光定向能沉积CoCrFeNi高熵合金经同步超声冲击处理后的再结晶机理。UIT导致了先前沉积层的剧烈塑性变形，在随后的DED过程中，大量再结晶晶粒迅速形核和长大，即发生再结晶。

(3) 同步超声冲击处理显著提高了DED CoCrFeNi HEA的力学性能。在保持塑性的同时，HEA的平均显微硬度、极限抗拉强度和屈服强度分别从DED试样的181.8 HV0.2、582 MPa和326 MPa增加到DED-UIT试样的220.9 HV0.2、680 MPa和469 MPa。

阐明了UIT辅助下LDED CoCrFeNi HEA力学性能提高的机理。位错强化、晶界强化和独特的退火孪晶强化对LDED CoCrFeNi HEA屈服强度的提高做出贡献，其相应的强化贡献分别为49 MPa、50 MPa和44 MPa。

通过分子动力学计算，阐明了拉伸过程中退火孪晶对形变孪晶生长和位错增殖的影响。退火孪晶的存在对形变孪晶的生长有不利影响，DED-UIT试样的Δσtwin gb小于DED试样。同时，由于位错源的增多和滑移系的额外激活，有利于位错的增殖，从而使DED-UIT试样的Δσρ比DED试样的高。

来源：科学圈的那些事