激光增材制造高通量合成NbMoTaW系高熵合金
時間：2020-03-17 10:49 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
2011年，美國空軍實驗室Senkov [1]
提出NbMoTaW超高溫高熵合金體系，其中等摩爾的NbMoTaW超高溫高熵合金在在高溫下展現出優異的力學性能，其1600℃下屈服強度與抗壓強度分別達到405MPa和600MPa，性能優于目前常用的INCONEL
718，HAYNES
230高溫合金。自此，超高溫高熵合金逐漸成為業內研究熱點。然而高熵合金的成分配比關系研究一直屬于一個相對未被探索的準無限空間領域，等摩爾配比是否是高熵合金的最優組分一直存在一定的爭議性。
Moorehead [2] 將高通量篩選技術與激光增材制造技術耦合，通過分別調整四路粉料桶的送粉速率實現對NbMoTaW高熵合金成分的重組設計，之后借助激光增材制造技術對材料進行成形制備，整個過程如圖1所示。由于每種粉末元素的幾何形狀、反射率，蒸氣壓等物理變量存在差異，這些因素會對激光能量的吸收產生影響。因此，理想合金設計組分與最終合金組分往往存在差異。研究中通過多次打印與預測精化，成功縮小了預測成分與實測成分的差距。通過激光增材制造成形的NbMoTaW高熵合金組都具有類似的顯微組織結構，相較于真空電弧熔煉成形的NbMoTaW高熵合金。由于快速凝固作用，其亞結構顯著細化，微觀偏析程度更小，如圖2所示。通過X射線衍射（XRD）對31組不同成分的NbMoTaW系高熵合金進行測試，檢測的所有合金中都只具有簡單無序的BCC體心立方結構，如圖3所示。
在這項研究中，高通量合成的NbMoTaW系高熵合金被激光增材制造技術成功成形制備，通過使用單質元素粉末可以對高熵合金中的所有元素進行任意線性組合，為未來高通量高熵合金的設計和制備奠定了基礎。
O.N. Senkov, G.B. Wilks, J.M. Scott, et al. Mechanical properties of Nb25Mo25Ta25W25 and V20Nb20Mo20Ta20W20 refractory high entropy alloys[J]. Intermetallics, 2011, 19: 698-706.
Michael Moorehead, Kaila Bertsch, Michael Niezgoda, et al. High-throughput synthesis of Mo-Nb-Ta-W high-entropy alloys via additive manufacturing[J]. Materials and Design, 2020, 187: 108358.
Moorehead [2] 將高通量篩選技術與激光增材制造技術耦合，通過分別調整四路粉料桶的送粉速率實現對NbMoTaW高熵合金成分的重組設計，之后借助激光增材制造技術對材料進行成形制備，整個過程如圖1所示。由于每種粉末元素的幾何形狀、反射率，蒸氣壓等物理變量存在差異，這些因素會對激光能量的吸收產生影響。因此，理想合金設計組分與最終合金組分往往存在差異。研究中通過多次打印與預測精化，成功縮小了預測成分與實測成分的差距。通過激光增材制造成形的NbMoTaW高熵合金組都具有類似的顯微組織結構，相較于真空電弧熔煉成形的NbMoTaW高熵合金。由于快速凝固作用，其亞結構顯著細化，微觀偏析程度更小，如圖2所示。通過X射線衍射（XRD）對31組不同成分的NbMoTaW系高熵合金進行測試，檢測的所有合金中都只具有簡單無序的BCC體心立方結構，如圖3所示。
在這項研究中，高通量合成的NbMoTaW系高熵合金被激光增材制造技術成功成形制備，通過使用單質元素粉末可以對高熵合金中的所有元素進行任意線性組合，為未來高通量高熵合金的設計和制備奠定了基礎。
圖1 激光增材制造高通量合成NbMoTaW高熵合金示意圖
圖2 NbMoTaW高熵合金二次電子相與能譜圖：a) 激光增材制造，b) 真空電弧熔煉
圖3 NbMoTaW超高溫高熵合金XRD圖譜
參考文獻：O.N. Senkov, G.B. Wilks, J.M. Scott, et al. Mechanical properties of Nb25Mo25Ta25W25 and V20Nb20Mo20Ta20W20 refractory high entropy alloys[J]. Intermetallics, 2011, 19: 698-706.
Michael Moorehead, Kaila Bertsch, Michael Niezgoda, et al. High-throughput synthesis of Mo-Nb-Ta-W high-entropy alloys via additive manufacturing[J]. Materials and Design, 2020, 187: 108358.
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