高熵合金因其優異的力學性能、耐腐蝕性和熱穩定性，成為近年來材料科學領域的研究熱點。然而，傳統制備工藝面臨的成分均勻性不足、高裂紋敏感性和高成本等問題限制了其工業應用。增材制造技術以其逐層制造、高設計自由度和快速冷卻的優勢，為高熵合金的復雜結構制備提供了新的解決方案。本文論述了增材制造技術在高熵合金領域的最新研究進展，重點分析了選擇性激光熔化、直接能量沉積、電子束熔化等技術在組織調控和性能優化中的應用。研究發現，不同技術在組織控制、性能提升及適用領域方面各具優勢，同時也面臨裂紋形成、成分偏析和殘余應力等共性挑戰。通過深入分析工藝的優化策略及其對性能的影響，揭示了增材制造高熵合金組織與性能的內在關聯，并提出了未來的發展方向，包括開發新型合金體系、優化工藝參數、提高制造效率以及拓展多功能材料應用。
       高熵合金（High-entropy alloys，HEAs）是一種由多種近等摩爾比金屬元素組成的新型合金體系，其高混合熵（配置熵）影響了相的形成，使得高熵合金傾向于形成簡單固溶體結構（如BCC、FCC、HCP），而非易碎的金屬間化合物。這種獨特的組織結構使高熵合金在力學、化學和熱學性能上表現出優異的綜合性能，從而被廣泛認為是航空航天、能源和海洋工程等領域的理想材料。同時，高熵合金的近等摩爾比提供了廣闊的成分設計空間，可根據實際需求優化合金性能。然而，傳統制備工藝（如鑄造和鍛造）通常導致材料成分不均勻、微觀結構難以控制，并伴隨高生產成本，限制了高熵合金的工業化應用，這一現狀對高熵合金的高效制備技術提出了迫切需求。
       增材制造技術（Additive manufacturing，AM）近年來在制備高熵合金領域得到了廣泛關注。作為一種基于計算機輔助設計（CAD）的現代制造工藝，增材制造技術利用金屬粉末或線材，通過逐層堆積的方式構建三維結構，不僅展現了極高的設計自由度，還通過快速冷卻過程優化了材料的微觀組織。與傳統制造工藝相比，增材制造能夠直接成形復雜零件，已在航空航天、醫療器械和汽車制造等領域得到了廣泛應用。在多種增材制造技術中，選擇性激光熔化（Selective laser melting，SLM）作為一種基于粉末床的熔化工藝，因其產品具有高精度和良好的表面質量成為研究熱點。選擇性激光熔化工藝中的高溫梯度和快速冷卻有助于形成高飽和度的固溶體結構，對優化高熵合金的微觀組織和性能具有顯著優勢。然而，選擇性激光熔化技術仍面臨裂紋形成、成分均勻性控制和微觀組織調控等技術挑戰。

現有文獻綜述聚焦于特定增材制造技術的基礎研究，未能系統討論實驗室研究成果在實踐中的意義。因此，本文結合增材制造領域的最新進展和實驗室實踐，系統分析了選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔化（Electron beam melting，EBM）、直接能量沉積（Directed energy deposition，DED）等技術在高熵合金制備中的應用優勢與挑戰。重點探討增材制造在優化微觀組織、提升力學性能及開發新功能特性（如耐腐蝕性、氧化行為、磁性和儲氫性能）方面的作用，并分析當前技術瓶頸及未來發展方向，為后續研究提供理論支持和技術參考。

高熵合金基礎概述
        高熵合金（High-entropy alloys，HEAs）是一類由至少5種、最多13種近等摩爾比金屬元素組成的新型合金體系。為了擴大合金設計范圍，每種主元素的摩爾分數通常介于5%~35%，且摩爾比相近。高熵合金因其獨特的組成特性和多樣化的相結構，在力學、化學和熱學性能方面表現出顯著優勢。
       高熵合金的性能和結構特性主要源自其4個核心效應：（1）熱力學高熵效應；（2）結構晶格畸變效應；（3）動力學緩慢擴散效應；（4）“雞尾酒”效應。這些效應總結了高熵合金在相形成與性能上的基本規律。高熵效應通過降低金屬間化合物的形成傾向，促進了面心立方（FCC）、體心立方（BCC）或六方密堆積（HCP）等簡單固溶體相的穩定性，抑制復雜相的析出，從而使合金趨于形成均勻的單一相。
        在高熵合金中，近等摩爾比和多元素特性顯著影響原子擴散行為和晶格特性。由于不存在傳統合金中溶質、溶劑的區分，高熵合金中的原子主要通過空位機制擴散。但不同元素的原子半徑差異會引發晶格畸變，導致不同晶格位置的勢能變化較大，阻礙了原子擴散速率。這種緩慢的擴散行為有助于穩定單一固溶體相，并使高熵合金在快速冷卻工藝（如選擇性激光熔化）中表現出優異的熱力學穩定性。同時，晶格畸變導致不同的相結構具有不同的力學性能：FCC相具有較高的原子密堆積率，晶格畸變較小，具有良好的延展性和韌性；BCC相雖然原子密堆積率較低，但晶格畸變較大，使其具有較高的強度和硬度；HCP結構則以高密度的原子排列和較少的滑移面表現出優異的抗腐蝕性和耐高溫性能。在某些條件下，高熵合金還可能同時存在FCC和BCC雙相結構，通過優化成分設計和工藝參數，實現強度與韌性的平衡。
       相結構的調控是提升高熵合金綜合性能的關鍵。通過調整成分設計、制造工藝及冷卻條件，可以精確控制相結構的形成與穩定性。然而，傳統制造工藝在制造均質高熵合金方面存在較大局限性，如存在成分不均勻和相分離問題。相比之下，增材制造技術因其優異的微觀組織調控能力和設計自由度，為高熵合金的工業應用提供了廣闊的可能性。
增材制造技術在高熵合金制備中的應用
        增材制造技術已成為制備高熵合金的重要工藝，其核心在于通過逐層沉積原料構建復雜結構，展現了高設計自由度和高材料利用率的優勢。以下將從技術簡介與工作原理、對高熵合金組織調控的作用、以及各技術的適用范圍和優缺點3個層次展開討論。
2.1  增材制造技術簡介
        目前，應用于金屬材料的增材制造技術主要包括選擇性激光熔化（SLM）、直接能量沉積（DED）、激光熔化沉積（LMD）、電子束熔化（EBM）以及線弧增材制造（WAAM）等。表1所示為各增材制造技術的基本信息，圖1所示為對應的工作原理示意圖。這些技術為高熵合金的制備提供了多樣化的工藝路徑，不同工藝的特點決定了其在組織調控與性能優化方面的應用潛力。
 

2.2  增材制造技術對高熵合金組織調控的作用
增材制造技術通過其獨特的快速冷卻和高能量密度工藝，對高熵合金的微觀組織調控展現出顯著優勢。相較于傳統制造方法，增材制造技術可以在制造過程中通過直接影響晶粒形態、織構取向、位錯分布和沉淀析出，從而調控高熵合金的組織結構和性能特性。

2.2.1  晶粒形態與細化
增材制造工藝中，通過快速冷卻（103~106 K/s）抑制了晶粒的長大趨勢，使得選擇性激光熔化和直接能量沉積等技術制備的高熵合金呈現細小的柱狀晶或胞狀亞結構。這種微觀組織在提升材料強度和硬度的同時，也顯著改善了材料的塑性。快速冷卻還能夠穩定非平衡組織，如納米孿晶和非晶態結構，這在傳統制備工藝中較難實現。

2.2.2  相結構穩定與控制
高熵合金的相結構（FCC、BCC或HCP）對其性能影響顯著。增材制造技術通過高冷卻速率實現過飽和固溶體的形成，減少不需要的金屬間化合物析出，同時通過調節激光功率、掃描策略和預熱條件實現雙相組織（FCC+BCC）的精準控制，達到強度與韌性的平衡。

2.2.3  織構取向與位錯網絡
增材制造工藝逐層構建的特點易導致強織構取向。通過選擇性激光熔化和電子束熔化技術制備的高熵合金，柱狀晶沿熱流方向生長，形成明顯的織構。通過調節激光掃描路徑或束流偏轉角度，可以優化織構取向，進一步提升特定方向上的性能。此外，在增材制造過程中，快速冷卻和高溫梯度引入了大量位錯和孿晶邊界，這些缺陷有助于提升材料的強度和抗蠕變性能。

2.2.4  沉淀析出與元素分布均勻性
在直接能量沉積和激光熔化沉積等技術中，由于熔池較大且冷卻速率相對較低，容易出現沉淀析出現象。通過優化粉末成分和熔池溫度梯度，可以生成細小且分布均勻的析出相，進而提高材料的硬度和耐磨性。同時，直接能量沉積的多料斗進料方式能夠實現多元素均勻分布，避免傳統工藝中常見的偏析問題。

2.2.5  微觀缺陷與致密度控制
增材制造技術在快速成形的同時也可能引入孔隙、裂紋等缺陷。選擇性激光熔化技術通過優化激光功率、掃描速度和層厚等參數，可顯著降低孔隙率，提高零件致密度。電子束熔化技術通過預熱粉末床可減少殘余應力和熱裂紋的生成，而直接能量沉積技術則可以通過多次熔覆重熔消除不連續的熔池缺陷。

綜上所述，增材制造技術在高熵合金的組織調控中展現了獨特優勢，通過精確的工藝控制優化微觀結構，為性能提升奠定了基礎。這些特點為后續優化工藝提供了理論支持，成為改善高熵合金性能的重要途徑。

2.3  增材制造技術的比較與適用性分析
不同增材制造技術在組織調控中的應用各具特色，其工藝特點決定了適用范圍和最終性能表現。以下從微觀結構調控能力、成分設計靈活性和工業應用適配性3個維度對主要技術進行分析：

2.3.1  選擇性激光熔化技術與電子束熔化技術
選擇性激光熔化技術和電子束熔化技術均為粉末床熔融技術。選擇性激光熔化技術利用高能激光在惰性氣氛中快速熔化粉末，形成細小柱狀晶和非平衡結構，適合制備復雜形狀的小型零件。其高冷卻速率有效防止金屬間化合物的形成。然而，選擇性激光熔化技術工藝對激光功率和掃描速度等參數要求嚴格，稍有偏差可能導致裂紋生成。相比之下，電子束熔化技術在高真空環境中操作，通過預熱粉末床減小殘余應力和熱裂紋，適合制備尺寸較大的零件，但其冷卻速率較低，對微觀組織的細化能力有限。

2.3.2  直接能量沉積技術與激光熔化沉積技術
直接能量沉積技術和激光熔化沉積技術通過逐層沉積的方式構建零件，其中直接能量沉積技術可通過多料斗進料實現原位合金化，適合復雜成分設計和梯度功能材料的制備。其高沉積速率和材料靈活性使其在大型零件制造中具有優勢，但需通過多次重熔優化元素分布。激光熔化沉積技術通過動態送粉的方式與激光束同步作用，可實現復雜幾何形狀部件的高效制造，但在微觀組織細化和致密度方面不及選擇性激光熔化技術。

2.3.3  線弧增材制造技術
線弧增材制造技術以電弧為熱源，利用金屬線材逐層堆積，具有較高的沉積效率和較低的成本，是制造大尺寸金屬部件的理想選擇。然而，其冷卻速率較慢，容易導致殘余應力和成分偏析，且表面質量較差，需進行后續加工以提升精度。

綜上所述，增材制造技術為高熵合金的制備開辟了新的工藝路徑，各技術在微觀組織調控、成分均勻性和性能優化等方面各具優勢。目前實驗室針對不同增材制造技術在制備高熵合金時存在的問題與不足，研究通過優化工藝參數和開發新型粉末材料，克服當前的技術瓶頸，以期獲得性能更好的高熵合金。

增材制造技術對高熵合金性能優化分析
3.1  工藝優化對性能的影響
高熵合金的性能優化需在多個尺度上進行調控。首先是納米尺度：通過增材制造實現亞穩相和納米析出物的精確控制，提高材料的強度和抗疲勞等性能。然后是微觀尺度：調整晶粒尺寸、形狀和取向，優化抗拉強度和延展性等。最后還要考慮到宏觀尺度：通過復合材料設計（如異質結構）實現多功能性能的綜合提升。目前研究的優化方向主要集中在優化增材制造工藝參數，通過調整工藝參數來改善性能。工藝優化的核心要素主要分為以下3個方面。

（1）激光功率：優化激光功率可以改變材料的熔池形態，圖2所示為3種不同類型的熔池�？赏ㄟ^控制不同的熔池類型，從而控制微觀組織的晶粒尺寸和分布。高激光功率可能導致熔池過度熔化，產生孔洞或微裂紋，而低激光功率則可能導致熔池不足，形成未熔缺陷。
 

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