供稿人：王林、張航 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
增材制造技術(shù)由于具有靈活可控漫诬、生產(chǎn)原料成分易調(diào)允青、零件尺寸自由等優(yōu)點(diǎn)尸钢，從而成為金屬材料制造最廣泛的技術(shù)之一狈谊，尤其對(duì)于材料組分變化范圍較大的高熵合金開發(fā)優(yōu)勢更為明顯荞亩。在制造過程中通過優(yōu)化生產(chǎn)過程中的各種工藝參數(shù)以及退火熱處理、熱等靜壓等后處理，可以提高制造產(chǎn)品的機(jī)械性能茬祷。
而高熵合金的機(jī)械性能是由內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)決定的。因此調(diào)控材料微觀結(jié)構(gòu)的研究尤為重要并蝗。CoCrFeNi高熵合金的顯微組織通常是激光熔融期間熔池內(nèi)外延生長的柱狀晶粒和熔池邊緣的等軸晶粒祭犯，這與熔池內(nèi)冷卻速率不同和其面心立方（FCC）基體結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。
武漢大學(xué)技術(shù)科學(xué)研究所的Heng Lu等人對(duì)CoCrFeNi高熵合金開發(fā)進(jìn)行研究滚停，提出了一種新型熔池同步激光沖擊調(diào)制（LSMMP）方法沃粗，該工藝對(duì)熔池進(jìn)行激光沖擊以直接干擾再結(jié)晶過程，從而增強(qiáng)增材制造過程中的熔池對(duì)流并抑制柱狀晶體生長铐刘，最終通過細(xì)化晶粒來提高打印樣品的機(jī)械性能。
圖1 熔池激光沖擊調(diào)制系統(tǒng)模型
同步激光沖擊調(diào)制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示影晓，實(shí)驗(yàn)設(shè)備由一臺(tái)1kw連續(xù)光纖激光器镰吵、一臺(tái)焦耳級(jí)脈沖激光器、304不銹鋼基板以及一臺(tái)高速相機(jī)組成捉瘟。實(shí)驗(yàn)在高純氬氣氣氛中進(jìn)行旁班，用于制造過程的連續(xù)激光束垂直于基板，而脈沖激光束與垂直方向偏離?10°铲锭。在制造過程中對(duì)使用不同的激光沖擊能量（1 J职菜，2 J，3 J）進(jìn)行研究目的欲华，并使用高速相機(jī)對(duì)熔池演變過程進(jìn)行連續(xù)拍攝兰险，結(jié)果如圖2(a)-(c)所示。通過對(duì)熔池的激光沖擊過程進(jìn)行分析天殉，可以將其劃分為圖2(d)中的四個(gè)階段脚培，I：以反沖壓力（P）和馬蘭戈尼對(duì)流（M）為主的對(duì)流機(jī)制;II：沖擊力（S）主導(dǎo)熔池振蕩;III：回彈力（R）主導(dǎo)熔池向上拱起;IV.階段：重力（G）主導(dǎo)熔池向下移動(dòng)并恢復(fù)其原始形狀。圖2 (a)-(c)激光沖擊能量分別為1J靡鞭、2J纺围、3J時(shí)激光沖擊調(diào)制的實(shí)時(shí)圖像；(d).激光沖擊過程熔池演變的不同階段蜘辕。
在第I階段僧旬，連續(xù)激光將CoCrFeNi粉末完全熔化，粉末獲得的熱量迅速釋放到基板上逼庞，使得底部的高溫產(chǎn)生向上的反沖壓力（P）蛇更，將流體推離基體，而熔池表面的溫度梯度導(dǎo)致馬蘭戈尼對(duì)流（M）赛糟，該對(duì)流驅(qū)動(dòng)熔池表面的流體從高溫區(qū)域移動(dòng)到低溫區(qū)域械荷。在第II階段，沖擊力（S）破壞了熔池的原始狀態(tài)虑灰，熔池形貌與激光沖擊的能量相關(guān)吨瞎。第III階段熔池中的流體向邊緣移動(dòng)痹兜，并在遇到固體時(shí)向中心反彈，使得熔池中心再次拱起颤诀，最終在第IV階段字旭，在重力（G）的作用下熔池恢復(fù)平靜。分別觀察無激光沖擊和使用0J崖叫、1J遗淳、2J脈沖激光沖擊的CoCrFeNi打印樣件截面熔池，在圖3所示的電子背散射衍射圖（EBSD）中可以看到心傀，在激光增材制造過程中止既，激光沖擊不僅改變了熔池的大小形狀，還對(duì)材料的微觀組織晶粒大小有所影響垂暖，最終改變成型樣件的機(jī)械性能核瘤。圖3 不同脈沖激光能量的電子背散射衍射圖（EBSD）:（a）0 J;（b）1 J;（c）2 J;（d）3J;
最終對(duì)比無激光沖擊和不同激光沖擊能量的打印樣件性能，得到的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示穗阐，經(jīng)過激光沖擊強(qiáng)化后的材料屈服強(qiáng)度均有所提升涉泡，在脈沖激光能量為1J時(shí)有最大的強(qiáng)度值和延伸率。圖4. 用不同脈沖激光能量制備的樣品應(yīng)力-應(yīng)變曲線
參考文獻(xiàn)：Lu H,He Y,Zhao Z.Strengthening CoCrFeNi high entropy alloys via additive manufacturing with laser shock modulation of melt pool.Materials Science And Engineering.2022;11(6):860.
