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激光熔化沉积工艺对CrMnFeCoNi高熵合金组织和性能的影响
引言
高熵合金是由耐腐蚀、高强度、高温高压下稳定的多元合金组成，根据定义，其熵比传统合金高五倍以上。高熵合金的诞生开辟了新的领域，其在材料科学研究领域中具有广泛的应用前景和研究价值。CrMnFeCoNi高熵合金作为最简单但同时也是更为重要的系列之一，具有良好的综合性能和应用前景。
研究通过激光熔化沉积工艺对CrMnFeCoNi高熵合金组织和性能的影响，对于其在应用领域中的推广与提高材料性能具有重要的意义。
1高熵合金概述
高熵合金在结构和性能上，具有很好的均匀性（如高熵度熵值），多种合金成分的无规溅杂，形成的等质、细晶晶粒、高比表面积等，具有良好的稳定性。
高熵合金基体具有较高的强度和韧性，不会出现高强度导致因塑性变形而引发的断裂，而且还具有良好的耐腐蚀性和抗磨损性。同时，高熵合金的材料制备过程更为简单，采用单一的共熔或共同时沉积的方式即可达到均匀化的差别化稳定状态，因而制备高熵合金具有一定的可行性。
2CrMnFeCoNi高熵合金
CrMnFeCoNi高熵合金的组成中包含着五种成分，Cr、Mn、Fe、Co、Ni，其组成平均原子百分比各为20%。由此可以看出，CrMnFeCoNi高熵合金的组成是非常均匀的，并且要比其他高熵合金的组成更加简单。CrMnFeCoNi高熵合金是一种多元化的合金，因其含有除稀土元素之外的所有5-7组元素，具有很好的生产可行性和规模生产价值。CrMnFeCoNi高熵合金的物理、化学、力学和结构性质均为最大5组元素相加的平均值。该高熵合金的组成并不受限制，因此可以实现混合超过5种元素的结构，能快速评估新合金组成对该材料特性的影响。
3激光熔化沉积工艺
激光熔化沉积工艺是一种新兴的工艺，它是在压力低且惰性气氛下对粉末合金进行熔化，通过激光束控制粉末合金的熔化和建层形态，并不断地添加新的粉末，在已经凝固的层的顶部上重复此过程，从而实现逐层建立的目的。激光熔化沉积技术在制造领域具有广泛的应用，例如：制造自由曲曲线体、自由曲面体、高硬度表面、复杂形状等。
通过激光熔化沉积工艺对CrMnFeCoNi高熵合金进行制备，其中激光源为NdYAG激光；球形钨火极熔化仪为熔化源。熔化过程中的激光能量密度和激光下降速度分别为1627J/cm²和25.4mm/s。熔化前由粉末显微镜进行区分，并根据分析数据决定何时添加合并层数和熔化多少。
4实验步骤
先将CrMnFeCoNi粉末混合均匀，并将混合后的粉末放置到灌装机内，取出所需数量的粉末样品，将其压施于304不锈钢基板上，然后通过稀疏惰性气氛进行冷却处理5分钟。然后将不锈钢基板固定到x轴移动平台上，使用NdYAG滑轮激光在所需剂量下照射CrMnFeCoNi粉末，形成第一层。
重复以上步骤，添加新的粉末并进行熔化，从而在之前形成的层次上建立新的层次。
5结果与分析
通过实验发现，由于激光熔化沉积工艺制备的CrMnFeCoNi高熵合金中，粉末粒径与层数的增加而逐渐缩小，当粉末粒径为10μm时，最小的晶粒尺寸为7μm，当层数为5时，晶粒尺寸变小，但有明显的生长锭边。
通过电子探针分析和热处理发现，随着层数的增加，CrMnFeCoNi高熵合金的硬度逐步升高，此外，热处理可以降低高熵合金的硬度，使其晶粒尺寸变大，这是由于平衡发生对内部晶体结构的调整。
6结论
本实验通过激光熔化沉积工艺制备的CrMnFeCoNi高熵合金具有较小的晶粒尺寸和较大的硬度，其热处理后的晶粒尺寸随层数的增加而变小。因此，通过激光熔化沉积工艺可以得到不同粉末粒径和不同层数的高熵合金，并且可以分析其物理、化学、力学和结构性质，有望在高熵合金这一研究领域得到更多的应用。