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高熵合金增材制造技術(shù)：材料革新與工業(yè)應用前沿

研倍 2025-03-14 | 閱讀：460

高熵合金是由5種及以上主元金屬元素（原子濃度5%-35%）構(gòu)成的先進金屬材料，其顛覆性性能源于四大熱力學與動力學特性：

高熵效應
混合熵ΔS???≥1.5R（R=8.314 J·mol?1·K?1），抑制金屬間化合物生成，形成簡單固溶體（BCC/FCC/HCP）。

晶格畸變
原子尺寸差異（δ≥6.5%）引發(fā)強烈應變場（ε>2%），位錯運動能壘提升至傳統(tǒng)合金的3-5倍。

遲滯擴散
多元素相互牽制使擴散系數(shù)D降低1-2個數(shù)量級（10?1? m2/s級），高溫穩(wěn)定性顯著增強。

協(xié)同強化
多組元通過固溶強化、納米析出相（L1?/B2）、位錯胞結(jié)構(gòu)等多機制耦合，實現(xiàn)強度-韌性協(xié)同提升（典型屈服強度σ?.?≥1.2 GPa，延伸率δ≥15%）。

1. 激光粉末床熔化（L-PBF）

工藝特征
激光功率200-1000W，光斑直徑30-100μm，層厚20-60μm，冷卻速率達10?-10? K/s

關(guān)鍵優(yōu)勢
成形精度±50μm（優(yōu)于ASTM F2924標準）
致密度≥99.7%（氬氣環(huán)境氧含量<100 ppm）
可制備最小壁厚0.3mm的薄壁結(jié)構(gòu)

2. 定向能量沉積（DED）

工藝特征
同軸送粉速率5-20 g/min，熔覆層厚0.5-2mm，熱影響區(qū)（HAZ）深度可控在200μm以內(nèi)

核心價值
原位合金化能力（元素混合均勻度CV<5%）
梯度材料制備（成分過渡梯度≤5%/mm）
大型構(gòu)件修復（最大成形尺寸≥5m）

三、高熵合金3D打印的應用

1. 航空航天：

發(fā)動機渦輪葉片（耐溫1400℃，壽命延長3倍）

可重復使用火箭噴管（抗熱震循環(huán)100次無裂紋）

2. 核能領(lǐng)域：

抗輻照燃料包殼（中子吸收截面降低50%）

核聚變第一壁材料（WTaVCrHEAs抵御等離子體沖刷）

3. 生物醫(yī)療：

抗菌骨科植入物（含Ag/Cu的HEAs，感染率降低90%）

個性化顱骨修復體（多孔結(jié)構(gòu)促進細胞生長）

四、部分產(chǎn)品展示

激光粉末床熔化（L-PBF）高熵合金粉末（預合金）的晶體結(jié)構(gòu)

定向能量沉積（DED）高熵合金粉末（預合金）的晶體結(jié)構(gòu)