【摘 要】
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共晶高熵合金材料结合了传统共晶合金与高熵合金的双重特性,是一种新型的先进合金材料。由于其同时兼具高强度与高延展性的优异综合力学性能,在高性能零部件与产品的轻量化等方向都有广阔的应用前景。与传统的成形工艺相比,一些研究已经表明新型SLM技术成形的共晶高熵合金具有超细晶粒和优异的性能,但是SLM工艺参数对其微观共晶组织的影响以及快速凝固下合金的强化机理等问题还有待进一步研究。负泊松比特征的结构在变形过
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共晶高熵合金材料结合了传统共晶合金与高熵合金的双重特性,是一种新型的先进合金材料。由于其同时兼具高强度与高延展性的优异综合力学性能,在高性能零部件与产品的轻量化等方向都有广阔的应用前景。与传统的成形工艺相比,一些研究已经表明新型SLM技术成形的共晶高熵合金具有超细晶粒和优异的性能,但是SLM工艺参数对其微观共晶组织的影响以及快速凝固下合金的强化机理等问题还有待进一步研究。负泊松比特征的结构在变形过程中表现出特殊的力学响应,使其在能量吸收、抗承载力等方面具有明显的优势。本文结合了材料与结构两者的明显优势,以AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金材料为研究对象,研究了不同工艺对其致密度和力学性能的影响规律;对最优SLM工艺下成形合金的晶体结构、显微组织以及室温力学性能进行了表征和研究;基于负泊松比圆柱结构模型设计了四种不同参数的多孔结构,并研究了其在不同成形方式下的SLM成形质量;分析了多孔构件的压缩变形过程与力学性能,对金属负泊松比材料和结构的选区激光熔化研究提供了技术支撑与研究参考。论文的主要研究内容和结果如下:（1）对最优工艺下成形的AlCoCrFeNi2.1高熵合金显微组织进行表征,在高倍SEM下发现了与传统层片状共晶组织不同的胞状亚结构组织,尺寸普遍在500nm左右。虽然本试验未直接观察到两相交替的共晶组织,但SLM制备的试样仍然存在共晶组织,并且由于快速冷却凝固导致组织变得更加细化,这也是其兼具高强度高韧性的原因之一。（2）依据SLM工艺参数的正交试验并结合低倍下的金相图片与致密度关系曲线图,有助于快速确定最优成形工艺区间。在本实验的测试工艺参数范围内,AlCoCrFeNi2.1高熵合金的致密度随体能量密度的增加而增加,当体能量密度E大于90.91J/mm~3时,达到了最佳的致密度,为99.8%,近乎完全致密。本试验SLM成形的AlCoCrFeNi2.1高熵合金的最优力学性能为:抗拉强度1226MPa,屈服强度1015MPa,断后延伸率19%。（3）SLM成形复杂构件时,成形件的摆放方式对支撑的设计至关重要,以直接悬垂面积最小化的摆放原则有利于提高支撑设计质量,设计支撑不仅要考虑成形件的特殊结构部位,还要考虑支撑去除的难易程度。（4）准静态压缩和动态压缩条件条件下,1#和2#多孔结构的变形过程和力学性能相差不大,准静态压缩过程中发生了倾斜,最大的压缩应力为1069MPa（2#）,动态压缩过程中最大的抗压强度为365.63MPa（1#）,最高的能量吸收为35.24 MJ/mm~3（1#）。并且从压缩应力应变曲线中可以观察到显著的负泊松比效应。（5）多孔模型的主要设计参数中斜杆角度对性能影响最大,75°高厚杆倾角下的力学性能和负泊松比效应更优异,而改变杆的水平连接长度与其它参数对性能的影响不大。
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