馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究人員利用基于激光的3D打印技術(shù)成功制造出了具有更高強(qiáng)度和更好延展性的高熵合金（HEA）。為深入理解這些性能改進(jìn)的機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了中子和X射線散射以及電子顯微鏡等先進(jìn)技術(shù)。

圖片：馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校

他們發(fā)現(xiàn)，基于激光的增材制造技術(shù)能形成納米厚度的薄片，這些薄片不僅強(qiáng)度高，而且邊緣具備一定的延展性。新開發(fā)的高熵合金由面心立方和體心立方晶體結(jié)構(gòu)的交替層組成，展示了約1.3吉帕斯卡的極高屈服強(qiáng)度和約14%的延伸率，這些性能均優(yōu)于其他增材制造金屬合金。

此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展可能徹底改變制造耐用、可靠和抗斷裂HEA零件的工業(yè)生產(chǎn)方式。例如，這類合金可以用于生產(chǎn)更安全、更節(jié)能的汽車、更堅(jiān)固的產(chǎn)品和耐用的機(jī)械設(shè)備。此外，基于激光的增材制造技術(shù)（將粉末合金熔化成固體金屬）在能源效率上表現(xiàn)出色，為新型高熵合金的生產(chǎn)提供了吸引力。

研究團(tuán)隊(duì)還在橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）能源部（DOE）散裂中子源中對(duì)受載HEA樣品內(nèi)部的機(jī)械載荷分布進(jìn)行了詳細(xì)研究。使用橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室能源部用戶設(shè)施中的原子探針斷層掃描儀，獲得了成分和微觀結(jié)構(gòu)的詳細(xì)3D圖像。另外，在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)能源部用戶設(shè)施先進(jìn)光子源中，使用X射線衍射對(duì)各種樣品進(jìn)行了相研究。該研究得到了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校和勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)研究與開發(fā)項(xiàng)目的支持。

使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的高熵合金的新發(fā)現(xiàn)為材料科學(xué)和增材制造領(lǐng)域帶來(lái)了新的可能性。這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新不僅有望改善現(xiàn)有產(chǎn)品和工藝，還將為高強(qiáng)度可延展材料的應(yīng)用開拓新的領(lǐng)域。

馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究人員利用基于激光的3D打印技術(shù)成功制造出了具有更高強(qiáng)度和更好延展性的高熵合金（HEA）。為深入理解這些性能改進(jìn)的機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了中子和X射線散射以及電子顯微鏡等先進(jìn)技術(shù)。

圖片：馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校

他們發(fā)現(xiàn)，基于激光的增材制造技術(shù)能形成納米厚度的薄片，這些薄片不僅強(qiáng)度高，而且邊緣具備一定的延展性。新開發(fā)的高熵合金由面心立方和體心立方晶體結(jié)構(gòu)的交替層組成，展示了約1.3吉帕斯卡的極高屈服強(qiáng)度和約14%的延伸率，這些性能均優(yōu)于其他增材制造金屬合金。

此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展可能徹底改變制造耐用、可靠和抗斷裂HEA零件的工業(yè)生產(chǎn)方式。例如，這類合金可以用于生產(chǎn)更安全、更節(jié)能的汽車、更堅(jiān)固的產(chǎn)品和耐用的機(jī)械設(shè)備。此外，基于激光的增材制造技術(shù)（將粉末合金熔化成固體金屬）在能源效率上表現(xiàn)出色，為新型高熵合金的生產(chǎn)提供了吸引力。

研究團(tuán)隊(duì)還在橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）能源部（DOE）散裂中子源中對(duì)受載HEA樣品內(nèi)部的機(jī)械載荷分布進(jìn)行了詳細(xì)研究。使用橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室能源部用戶設(shè)施中的原子探針斷層掃描儀，獲得了成分和微觀結(jié)構(gòu)的詳細(xì)3D圖像。另外，在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)能源部用戶設(shè)施先進(jìn)光子源中，使用X射線衍射對(duì)各種樣品進(jìn)行了相研究。該研究得到了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校和勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)研究與開發(fā)項(xiàng)目的支持。

使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的高熵合金的新發(fā)現(xiàn)為材料科學(xué)和增材制造領(lǐng)域帶來(lái)了新的可能性。這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新不僅有望改善現(xiàn)有產(chǎn)品和工藝，還將為高強(qiáng)度可延展材料的應(yīng)用開拓新的領(lǐng)域。