【摘 要】
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激光粉末床熔化（Laser powderbed fusion,LPBF）是一种重要的增材制造技术。该技术通过激光作为能源,材料在粉末床中选择性熔化和烧结,最后快速冷却,形成具有良好冶金结合的零件。高熵合金由于独特的高熵效应和晶格畸变效应,表现出高强度、高硬度、高耐磨性等优良性能,其设计方法极大拓展了传统合金体系,为工业发展和学术研究提供了巨大的潜力和可能。FeCoNiCrMn是研究较为成熟的高熵合
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激光粉末床熔化（Laser powderbed fusion,LPBF）是一种重要的增材制造技术。该技术通过激光作为能源,材料在粉末床中选择性熔化和烧结,最后快速冷却,形成具有良好冶金结合的零件。高熵合金由于独特的高熵效应和晶格畸变效应,表现出高强度、高硬度、高耐磨性等优良性能,其设计方法极大拓展了传统合金体系,为工业发展和学术研究提供了巨大的潜力和可能。FeCoNiCrMn是研究较为成熟的高熵合金,又称Cantor合金,其优异的塑性、断裂韧性和低温性能引发了人们广泛关注。然而,其强度的不足极大的限制了工程上的应用,如何提高FeCoNiCrMn的强度是提高其广泛工程应用的现实问题。目前,通过传统手段制备的FeCoNiCrMn强度较低,远远无法满足工程领域的需求,且铸造工艺制备的FeCoNiCrMn缺陷、偏析较多。通过颗粒增强FeCoNiCrMn的手段被广泛使用,常见的陶瓷颗粒增强能提高FeCoNiCrMn的强度,但往往使塑性大幅度降低,提高FeCoNiCrMn性能需要寻找更加合适的颗粒增强元素。因此,本研究使用LPBF技术制备FeCoNiCrMn及FeCoNiCrMn金属颗粒增强材料。首先,通过LPBF技术制备了 FeCoNiCrMn和FeCoNiCrMn-5MG（非晶）增强材料,由于非晶合金具有超高的强度、硬度以及耐磨性,考虑将非晶合金作为添加剂加入FeCoNiCrMn粉末中。制备出的FeCoNiCrMn-5MG材料表现出优异的力学性能,通过多种强化机制提高FeCoNiCrMn的强度,添加铁基非晶后的FeCoNiCrMn-5MG材料的拉伸屈服强度为675 MPa,比LPBF制成的FeCoNiCrMn（520 MPa）提高了 29.8%,平均硬度为241.9HV,比LPBF制成的FeCoNiCrMn（214.6HV）提高了 12.7%。同时,增强材料强度提升而塑性仍保持在良好的水平。与FeCoNiCrMn相比,FeCoNiCrMn-5MG的腐蚀电流密度降低了 18.9%,耐腐蚀能力显著提高。通过添加铁基金属玻璃,获得了高强度、高耐蚀性的FeCoNiCrMn-5MG增强材料,为今后制备高力学性能的HEA（High entropy alloy）提供了可行的途径。其次,制备了 FeCoNiCrMn-TC4增强材料,旨在提高其力学性能和摩擦磨损性能。结果表明,加入TC4粉末后,FeCoNiCrMn的相组成没有发生变化,仍为FCC单相结构。FeCoNiCrMn-TC4的屈服强度为758 MPa,相比FeCoNiCrMn的屈服强度增长45.8%。增强材料的硬度为295.7 HV,优于FeCoNiCrMn的214.6 HV。对样品进行摩擦磨损实验,FeCoNiCrMn-TC4具有更低的磨损率及动摩擦系数。随着滑动速度的增加,动摩擦系数的波动范围增大,磨损率也逐渐增大。FeCoNiCrMn高熵合金的磨损机理没有发生变化,FeCoNiCrMn高熵合金的磨损机理以磨粒磨损为主,伴有少量的粘着磨损,加入钛合金粉末后,FeCoNiCrMn-TC4增强材料的磨损机理以粘着磨损为主。最后通过LPBF技术制备了 FeCoNiCrMn-Mo增强材料,分析了增强材料的物相、显微组织、强度、硬度和摩擦磨损性能。结果表明,增强材料的屈服强度和硬度均高于FeCoNiCrMn。对样品进行摩擦磨损性能测试,改变载荷为1N、2N和3N,随着载荷的增加,FeCoNiCrMn高熵合金的磨损机理从轻微的磨粒磨损变为严重的磨粒磨损和粘着磨损。对样品磨痕的粗糙度进行测定,结果表明FeCoNiCrMn-Mo增强材料的磨损表面更加平滑,接触时摩擦力更小,这减小了应力集中的可能,在1N和2N载荷下只有较轻的磨粒磨损,而载荷为3N时,具有磨粒磨损和粘着磨损。结果表明,加入Mo可以有效的提高FeCoNiCrMn高熵合金的摩擦磨损性能。
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