定向能量沉積（DED）作為增材制造（AM）的重要分支，已廣泛應用于高熵合金（HEA）的設計和制造。Al是一種常見的合金元素，了解Al含量對AlxCoCrFeNiHEA的相演化和機械性能的影響至關重要。2023年7月28日，中南大學劉軍教授團隊在《Materials Characterization》（中科院一區(qū)，Top，影響因子4.7）發(fā)表最新研究成果“Phase evolution and mechanical properties of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys by directed energy deposition”，通過DED制造了一系列AlxCoCrFeNi (x=0.2、0.6和1.0) HEA，以研究Al對相演化和機械性能的合金化影響。

       在該研究中，研究人員結合熱力學計算探索了相變過程。結果表明，隨著Al含量的增加，AlxCoCrFeNi HEAs從單一FCC相(Al0.2)轉變?yōu)镕CC+BCC雙相(Al0.6)，然后轉變?yōu)閱我籅CC相(Al1.0)。而且BCC相進一步分解為含有有序B2相和無序A2相的納米級兩相結構，有利于提高顯微硬度、屈服強度和抗拉強度。這項工作為具有理想性能的HEA系統(tǒng)的制備和研究提供了有用的指導。

     研究亮點

（1）通過定向能量沉積制造大塊 AlxCoCrFeNi (x=0.2、0.6 和 1.0) 高熵合金。

（2）AlxCoCrFeNi高熵合金隨著Al含量的增加從FCC相轉變?yōu)锽CC相，并且BCC相進一步分解為調(diào)幅結構。

（3）Al含量的增加有利于提高合金的顯微硬度和屈服強度。

      相關圖片如下：

                    圖1. AlxCoCrFeNi HEAs 微觀結構的SEM圖像：(a) Al0.2，(b) Al0.6 和 (c) Al1.0

                     圖 2. Al0.6合金的DR區(qū)域：(a) BF 圖像和相應的 SAED 圖案，(b) 位錯堆積和位錯纏結，(c) STEM-EDS面掃。

                           圖3. 示意圖顯示了 (a) Al0.2、(b) Al0.6 和 (c) Al1.0 合金在凝固過程中的形成機制。

     關鍵結論

      在該研究中，使用定向能量沉制備AlxCoCrFeNiHEA，研究了Al含量對物相演變和力學性能的影響，得出結論如下：

隨著Al含量的增加，AlxCoCrFeNi HEA從單一FCC相(Al0.2)轉變?yōu)镕CC+BCC雙相混合物(Al0.6)，然后轉變?yōu)閱我籅CC相(Al1.0)。Al含量的增加促進了BCC相的形成，這可以通過FCC和BCC相的原子堆積效率來解釋。此外，BCC相進一步分解為包含有序B2相和無序A2相的納米級兩相結構。此外，結合CALPHAD熱力學模型對相變過程進行了探索。AlxCoCrFeNi HEAs的顯微硬度隨著Al含量的增加而增加，其中Al1.0合金達到最大顯微硬度。此外，AlxCoCrFeNi HEA在拉伸試驗下的強度隨著Al含量的增加而提高。力學性能的提高不僅與Al原子的添加帶來的固溶強化有關，而且與納米級兩相結構帶來的沉淀強化密切相關。