高熵合金因其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性，成為近年來(lái)材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)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(wèn)題限制了其工業(yè)應(yīng)用。增材制造技術(shù)以其逐層制造、高設(shè)計(jì)自由度和快速冷卻的優(yōu)勢(shì)，為高熵合金的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制備提供了新的解決方案。本文論述了增材制造技術(shù)在高熵合金領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，重點(diǎn)分析了選擇性激光熔化、直接能量沉積、電子束熔化等技術(shù)在組織調(diào)控和性能優(yōu)化中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，不同技術(shù)在組織控制、性能提升及適用領(lǐng)域方面各具優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也面臨裂紋形成、成分偏析和殘余應(yīng)力等共性挑戰(zhàn)。通過(guò)深入分析工藝的優(yōu)化策略及其對(duì)性能的影響，揭示了增材制造高熵合金組織與性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，并提出了未來(lái)的發(fā)展方向，包括開(kāi)發(fā)新型合金體系、優(yōu)化工藝參數(shù)、提高制造效率以及拓展多功能材料應(yīng)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(jiǎn)單固溶體結(jié)構(gòu)（如BCC、FCC、HCP），而非易碎的金屬間化合物。這種獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)使高熵合金在力學(xué)、化學(xué)和熱學(xué)性能上表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能，從而被廣泛認(rèn)為是航空航天、能源和海洋工程等領(lǐng)域的理想材料。同時(shí)，高熵合金的近等摩爾比提供了廣闊的成分設(shè)計(jì)空間，可根據(jù)實(shí)際需求優(yōu)化合金性能。然而，傳統(tǒng)制備工藝（如鑄造和鍛造）通常導(dǎo)致材料成分不均勻、微觀結(jié)構(gòu)難以控制，并伴隨高生產(chǎn)成本，限制了高熵合金的工業(yè)化應(yīng)用，這一現(xiàn)狀對(duì)高熵合金的高效制備技術(shù)提出了迫切需求。
       增材制造技術(shù)（Additive manufacturing，AM）近年來(lái)在制備高熵合金領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。作為一種基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的現(xiàn)代制造工藝，增材制造技術(shù)利用金屬粉末或線材，通過(guò)逐層堆積的方式構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)，不僅展現(xiàn)了極高的設(shè)計(jì)自由度，還通過(guò)快速冷卻過(guò)程優(yōu)化了材料的微觀組織。與傳統(tǒng)制造工藝相比，增材制造能夠直接成形復(fù)雜零件，已在航空航天、醫(yī)療器械和汽車(chē)制造等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在多種增材制造技術(shù)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(chǎn)品具有高精度和良好的表面質(zhì)量成為研究熱點(diǎn)。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(jié)構(gòu)，對(duì)優(yōu)化高熵合金的微觀組織和性能具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，選擇性激光熔化技術(shù)仍面臨裂紋形成、成分均勻性控制和微觀組織調(diào)控等技術(shù)挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有文獻(xiàn)綜述聚焦于特定增材制造技術(shù)的基礎(chǔ)研究，未能系統(tǒng)討論實(shí)驗(yàn)室研究成果在實(shí)踐中的意義。因此，本文結(jié)合增材制造領(lǐng)域的最新進(jìn)展和實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐，系統(tǒng)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(shù)在高熵合金制備中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)。重點(diǎn)探討增材制造在優(yōu)化微觀組織、提升力學(xué)性能及開(kāi)發(fā)新功能特性（如耐腐蝕性、氧化行為、磁性和儲(chǔ)氫性能）方面的作用，并分析當(dāng)前技術(shù)瓶頸及未來(lái)發(fā)展方向，為后續(xù)研究提供理論支持和技術(shù)參考。

高熵合金基礎(chǔ)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(kuò)大合金設(shè)計(jì)范圍，每種主元素的摩爾分?jǐn)?shù)通常介于5%~35%，且摩爾比相近。高熵合金因其獨(dú)特的組成特性和多樣化的相結(jié)構(gòu)，在力學(xué)、化學(xué)和熱學(xué)性能方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。
       高熵合金的性能和結(jié)構(gòu)特性主要源自其4個(gè)核心效應(yīng)：（1）熱力學(xué)高熵效應(yīng)；（2）結(jié)構(gòu)晶格畸變效應(yīng)；（3）動(dòng)力學(xué)緩慢擴(kuò)散效應(yīng)；（4）“雞尾酒”效應(yīng)。這些效應(yīng)總結(jié)了高熵合金在相形成與性能上的基本規(guī)律。高熵效應(yīng)通過(guò)降低金屬間化合物的形成傾向，促進(jìn)了面心立方（FCC）、體心立方（BCC）或六方密堆積（HCP）等簡(jiǎn)單固溶體相的穩(wěn)定性，抑制復(fù)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(kuò)散行為和晶格特性。由于不存在傳統(tǒng)合金中溶質(zhì)、溶劑的區(qū)分，高熵合金中的原子主要通過(guò)空位機(jī)制擴(kuò)散。但不同元素的原子半徑差異會(huì)引發(fā)晶格畸變，導(dǎo)致不同晶格位置的勢(shì)能變化較大，阻礙了原子擴(kuò)散速率。這種緩慢的擴(kuò)散行為有助于穩(wěn)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(xiàn)出優(yōu)異的熱力學(xué)穩(wěn)定性。同時(shí)，晶格畸變導(dǎo)致不同的相結(jié)構(gòu)具有不同的力學(xué)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(qiáng)度和硬度；HCP結(jié)構(gòu)則以高密度的原子排列和較少的滑移面表現(xiàn)出優(yōu)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(shí)存在FCC和BCC雙相結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化成分設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度與韌性的平衡。
       相結(jié)構(gòu)的調(diào)控是提升高熵合金綜合性能的關(guān)鍵。通過(guò)調(diào)整成分設(shè)計(jì)、制造工藝及冷卻條件，可以精確控制相結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定性。然而，傳統(tǒng)制造工藝在制造均質(zhì)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(wèn)題。相比之下，增材制造技術(shù)因其優(yōu)異的微觀組織調(diào)控能力和設(shè)計(jì)自由度，為高熵合金的工業(yè)應(yīng)用提供了廣闊的可能性。
增材制造技術(shù)在高熵合金制備中的應(yīng)用
        增材制造技術(shù)已成為制備高熵合金的重要工藝，其核心在于通過(guò)逐層沉積原料構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)了高設(shè)計(jì)自由度和高材料利用率的優(yōu)勢(shì)。以下將從技術(shù)簡(jiǎn)介與工作原理、對(duì)高熵合金組織調(diào)控的作用、以及各技術(shù)的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)3個(gè)層次展開(kāi)討論。
2.1  增材制造技術(shù)簡(jiǎn)介
        目前，應(yīng)用于金屬材料的增材制造技術(shù)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(shù)的基本信息，圖1所示為對(duì)應(yīng)的工作原理示意圖。這些技術(shù)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(diǎn)決定了其在組織調(diào)控與性能優(yōu)化方面的應(yīng)用潛力。
 

2.2  增材制造技術(shù)對(duì)高熵合金組織調(diào)控的作用
增材制造技術(shù)通過(guò)其獨(dú)特的快速冷卻和高能量密度工藝，對(duì)高熵合金的微觀組織調(diào)控展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。相較于傳統(tǒng)制造方法，增材制造技術(shù)可以在制造過(guò)程中通過(guò)直接影響晶粒形態(tài)、織構(gòu)取向、位錯(cuò)分布和沉淀析出，從而調(diào)控高熵合金的組織結(jié)構(gòu)和性能特性。

2.2.1  晶粒形態(tài)與細(xì)化
增材制造工藝中，通過(guò)快速冷卻（103~106 K/s）抑制了晶粒的長(zhǎng)大趨勢(shì)，使得選擇性激光熔化和直接能量沉積等技術(shù)制備的高熵合金呈現(xiàn)細(xì)小的柱狀晶或胞狀亞結(jié)構(gòu)。這種微觀組織在提升材料強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，也顯著改善了材料的塑性。快速冷卻還能夠穩(wěn)定非平衡組織，如納米孿晶和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，這在傳統(tǒng)制備工藝中較難實(shí)現(xiàn)。

2.2.2  相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與控制
高熵合金的相結(jié)構(gòu)（FCC、BCC或HCP）對(duì)其性能影響顯著。增材制造技術(shù)通過(guò)高冷卻速率實(shí)現(xiàn)過(guò)飽和固溶體的形成，減少不需要的金屬間化合物析出，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)激光功率、掃描策略和預(yù)熱條件實(shí)現(xiàn)雙相組織（FCC+BCC）的精準(zhǔn)控制，達(dá)到強(qiáng)度與韌性的平衡。

2.2.3  織構(gòu)取向與位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)
增材制造工藝逐層構(gòu)建的特點(diǎn)易導(dǎo)致強(qiáng)織構(gòu)取向。通過(guò)選擇性激光熔化和電子束熔化技術(shù)制備的高熵合金，柱狀晶沿?zé)崃鞣较蛏�長(zhǎng)，形成明顯的織構(gòu)。通過(guò)調(diào)節(jié)激光掃描路徑或束流偏轉(zhuǎn)角度，可以優(yōu)化織構(gòu)取向，進(jìn)一步提升特定方向上的性能。此外，在增材制造過(guò)程中，快速冷卻和高溫梯度引入了大量位錯(cuò)和孿晶邊界，這些缺陷有助于提升材料的強(qiáng)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(shù)中，由于熔池較大且冷卻速率相對(duì)較低，容易出現(xiàn)沉淀析出現(xiàn)象。通過(guò)優(yōu)化粉末成分和熔池溫度梯度，可以生成細(xì)小且分布均勻的析出相，進(jìn)而提高材料的硬度和耐磨性。同時(shí)，直接能量沉積的多料斗進(jìn)料方式能夠?qū)崿F(xiàn)多元素均勻分布，避免傳統(tǒng)工藝中常見(jiàn)的偏析問(wèn)題。

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

綜上所述，增材制造技術(shù)在高熵合金的組織調(diào)控中展現(xiàn)了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，通過(guò)精確的工藝控制優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)，為性能提升奠定了基礎(chǔ)。這些特點(diǎn)為后續(xù)優(yōu)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(shù)的比較與適用性分析
不同增材制造技術(shù)在組織調(diào)控中的應(yīng)用各具特色，其工藝特點(diǎn)決定了適用范圍和最終性能表現(xiàn)。以下從微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控能力、成分設(shè)計(jì)靈活性和工業(yè)應(yīng)用適配性3個(gè)維度對(duì)主要技術(shù)進(jìn)行分析：

2.3.1  選擇性激光熔化技術(shù)與電子束熔化技術(shù)
選擇性激光熔化技術(shù)和電子束熔化技術(shù)均為粉末床熔融技術(shù)。選擇性激光熔化技術(shù)利用高能激光在惰性氣氛中快速熔化粉末，形成細(xì)小柱狀晶和非平衡結(jié)構(gòu)，適合制備復(fù)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(shù)工藝對(duì)激光功率和掃描速度等參數(shù)要求嚴(yán)格，稍有偏差可能導(dǎo)致裂紋生成。相比之下，電子束熔化技術(shù)在高真空環(huán)境中操作，通過(guò)預(yù)熱粉末床減小殘余應(yīng)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(duì)微觀組織的細(xì)化能力有限。

2.3.2  直接能量沉積技術(shù)與激光熔化沉積技術(shù)
直接能量沉積技術(shù)和激光熔化沉積技術(shù)通過(guò)逐層沉積的方式構(gòu)建零件，其中直接能量沉積技術(shù)可通過(guò)多料斗進(jìn)料實(shí)現(xiàn)原位合金化，適合復(fù)雜成分設(shè)計(jì)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(yōu)勢(shì)，但需通過(guò)多次重熔優(yōu)化元素分布。激光熔化沉積技術(shù)通過(guò)動(dòng)態(tài)送粉的方式與激光束同步作用，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀部件的高效制造，但在微觀組織細(xì)化和致密度方面不及選擇性激光熔化技術(shù)。

2.3.3  線弧增材制造技術(shù)
線弧增材制造技術(shù)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(dǎo)致殘余應(yīng)力和成分偏析，且表面質(zhì)量較差，需進(jìn)行后續(xù)加工以提升精度。

綜上所述，增材制造技術(shù)為高熵合金的制備開(kāi)辟了新的工藝路徑，各技術(shù)在微觀組織調(diào)控、成分均勻性和性能優(yōu)化等方面各具優(yōu)勢(shì)。目前實(shí)驗(yàn)室針對(duì)不同增材制造技術(shù)在制備高熵合金時(shí)存在的問(wèn)題與不足，研究通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)和開(kāi)發(fā)新型粉末材料，克服當(dāng)前的技術(shù)瓶頸，以期獲得性能更好的高熵合金。

增材制造技術(shù)對(duì)高熵合金性能優(yōu)化分析
3.1  工藝優(yōu)化對(duì)性能的影響
高熵合金的性能優(yōu)化需在多個(gè)尺度上進(jìn)行調(diào)控。首先是納米尺度：通過(guò)增材制造實(shí)現(xiàn)亞穩(wěn)相和納米析出物的精確控制，提高材料的強(qiáng)度和抗疲勞等性能。然后是微觀尺度：調(diào)整晶粒尺寸、形狀和取向，優(yōu)化抗拉強(qiáng)度和延展性等。最后還要考慮到宏觀尺度：通過(guò)復(fù)合材料設(shè)計(jì)（如異質(zhì)結(jié)構(gòu)）實(shí)現(xiàn)多功能性能的綜合提升。目前研究的優(yōu)化方向主要集中在優(yōu)化增材制造工藝參數(shù)，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)來(lái)改善性能。工藝優(yōu)化的核心要素主要分為以下3個(gè)方面。

（1）激光功率：優(yōu)化激光功率可以改變材料的熔池形態(tài)，圖2所示為3種不同類型的熔池。可通過(guò)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(dǎo)致熔池過(guò)度熔化，產(chǎn)生孔洞或微裂紋，而低激光功率則可能導(dǎo)致熔池不足，形成未熔缺陷。
 

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