激光粉末床熔融调控AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金纳米层状异质结构实现强塑协同增效

本文通过激光粉末床熔融（LPBF）技术精准调控AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金（EHEA）的纳米层状异质结构，揭示了工艺参数-异质构效关系。研究发现，LPBF诱导的FCC(L12)/BCC(B2)纳米交替层状结构通过异质变形诱导（HDI）强化和位错增殖机制，使材料抗拉强度达1.38 GPa、延伸率19.2%，为航空航天等领域的轻量化构件设计提供新思路。

　　

Highlight

通过激光粉末床熔融（LPBF）技术，我们在AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金中成功构建了亚稳态的FCC(L1₂)/BCC(B2)纳米层状交替结构。精准调控的能量输入使共晶取向垂直于热梯度分布，并显著抑制元素偏析。这种优化后的异质结构展现出惊人的拉伸强度（1.38 GPa）、屈服强度（1.04 GPa）和延展性（19.2%），性能远超传统铸造样品及其他LPBF制备的EHEA材料。

Deformation behaviors of LPBF-AlCoCrFeNi_2.1 EHEA

借助准原位电子通道衬度成像（ECCI）和透射电镜（TEM），我们捕捉到FCC(L1₂)相通过混合位错的平面滑移和堆垛层错形成来实现塑性变形，而BCC(B2)相则通过高位错密度贡献应变硬化。这种"软相塑性承载，硬相强化支撑"的协同机制，宛如微观尺度的钢筋混凝土结构，使材料在变形过程中持续保持高加工硬化能力。

Conclusions

本研究证实LPBF可通过调控熔池能量密度（VED）实现共晶结构的纳米级精细化设计。交替排列的纳米层状结构产生显著的异质界面强化效应，同时超细晶粒尺寸（FCC相~150 nm，BCC相~70 nm）激活了Hall-Petch强化机制。这种"自上而下"的增材制造策略为开发新一代高性能异构材料提供了范式转移。