3D科學谷《當前的挑戰和未來的研究方向 l 3D列印HEA高熵合金》一文中，提到中熵、高熵合金的製備存在一些挑戰，例如緻密化、裂紋和殘餘應力、尺寸精度和表面光潔度、化學均勻性、結晶和微觀結構控制、性能各向異性等。因此，應開展進一步的工作，通過增材製造技術拓寬對這一新金屬材料家族的認識。
來自北京科技大學，新金屬材料國家重點實驗室北京材料基因工程高精尖創新中心的一篇《高熵合金的製備成形加工工藝》論文發表在《精密成形工程》上。
論文連結：
http://jmcx.ijournals.cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20220103&flag=1
/ 研究內容
高熵合金作為一類新型多組元的複雜合金材料，因其獨特的優異性能引發了廣泛的關注。與傳統合金相比，高熵材料的製備工藝與傳統材料具有相似性，但也有其特殊性。
從不同維度出發，論文討論與分析了各種形態高熵材料的製備成形加工工藝，主要包括三維塊體材料、二維薄膜及薄板材料、一維纖維材料以及零維粉末材料。主要總結了電弧熔煉法、感應熔煉法、增材製造法、粉末冶金法、磁控濺射、雷射熔覆等製備技術；此外，討論了通過變形加工工藝製備高熵薄板、絲材及纖維的方法。旨在對已開發的高熵材料的製備成形及加工工藝進行總結及討論，為以後面向「工藝」技術開發新型的高熵材料提供技術支持。
根據論文，傳統的熔煉技術在合金塊體冷卻的過程中，不可避免的產生溫度梯度，這將造成組織結構的不均勻性，這將造成組織結構的不均勻性，即典型的異質鑄造結構：表層的細晶區、中間的柱狀晶區及內部粗大的柱狀晶區。此外，熔煉過程中產生的空洞、裂紋等鑄造缺陷也是影響材料性能的關鍵問題之一，往往需要後續的變形及熱處理來實現組織結構的均勻化，或消除原始的鑄造缺陷。相較於傳統的熔煉技術，選區熔化的增材製造技術具有較高的冷卻速率，製備獲得的合金組織均勻、晶粒細化，表現出優異的綜合力學性能。越來越多的工作將增材製造技術應用於高熵合金的製備及性能改善中來。
增材製造技術的優勢可歸結為以下幾點：
1 熱量均勻，熱影響區較小且快熱快冷，易於得到均勻細小的晶粒，甚至於納米或微米晶粒；
2 成形精度高，可精密控制合金的尺寸及形狀，有效縮短加工周期。當前生產大尺寸合金仍然具有較大的挑戰，且開發成熟的高熵合金粉末製備技術也是推進增材製造技術進一步發展的關鍵因素。
合金塊體的熔煉
精密成型工程
隨著氮含量變化(Al0.5CrFeNiTi0.25)Nx系合金薄膜的相結構
精密成型工程
晶格結構的示意
精密成型工程
高熵合金薄板的實物
精密成型工程
/ 結語
高熵合金作為一種新興的複雜多主元合金，其成分的開發主要聚焦於相圖中心的一個全新區域；其獨特的設計理念及優異的理化性能，促生了許多具有優異性能的新型高熵材料，在結構材料、功能材料及生物醫用領域展現出了非常大的發展潛力。
經過十幾年的發展，高熵合金的定義及材料體系被不斷完善，從最初的合金塊體發展到了薄膜、塗層、薄帶、薄板、絲材及粉末等各個維度、尺度的高熵材料。
雖然高熵材料取得了許多突破性進展，但由於合金成分固有的複雜性，為合金的成分設計、樣品製備以及性能機理分析提出了更高的難度。未來，高熵合金的發展除了聚焦於「性能驅動」，也需要從「工藝驅動」的角度，去開發新型的適用於變形、鑄造、制粉、粉冶等特殊工藝的高熵材料，這將對高熵合金更進一步的發展及應用領域的拓展研究具有重要的意義。
DOI: 10.3969/j.issn.1674-6457.2022.01.003
閆薛卉, 張勇. 高熵合金的製備成形加工工藝[J]. 精密成形工程, 2022, 14(1): 19-27.
YAN Xue-hui, ZHANGYong. Preparation and Forming Process of High-Entropy Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2022, 14(1): 19-27.