激光粉末床熔融制备WMoTaNbV难熔高熵合金的微观结构与力学性能研究

本文推荐：本研究采用激光粉末床融合技术(LPBF)制备WMoTaNbV难熔高熵合金(RHEA)，通过相图计算(CALPHAD)揭示其单相BCC结构特征。在250?W功率和550?mm/s扫描速率下获得最优力学性能（硬度744?HV，抗压强度1382?MPa），系统分析了孔隙率、凝固裂纹等缺陷对性能的影响，为航空航天极端环境材料开发提供新思路。

　　

Highlight

激光粉末床熔融(LPBF)制备的WMoTaNbV难熔高熵合金(RHEA)展现出单一体心立方(BCC)相结构。通过相图计算(CALPHAD)模拟显示，该合金在2459℃形成稳定BCC相，熔点为2680℃。制造过程中，功率变化会引发孔隙和凝固裂纹的演变，但元素分布保持相对均匀。

CALPHAD模拟

图1展示了WMoTaNbV合金的平衡相组成与温度关系。当温度接近2680℃熔点时，熔体中开始出现钒(V)元素富集现象。值得注意的是，液相线温度与固相线温度之间存在显著差异，这解释了快速凝固过程中元素偏析的形成机制。

微观结构

与传统铸造工艺不同，LPBF制备的样品显示出优异的元素分布均匀性。扫描电镜(SEM)分析表明，尽管存在局部凝固裂纹和异常晶粒生长等缺陷，但W、Mo、Ta、Nb、V五种元素在微观尺度上呈现高度均匀分布特征。

结论

1. 在250?W功率和550?mm/s扫描速率下获得的WMoTaNbV合金具有最优力学性能；

2. 模拟结果证实LPBF工艺能形成稳定的单相BCC结构；

3. 凝固裂纹和异常晶粒生长是影响力学性能的主要负面因素。