今日3d蜂窝图
长三角G60激光联盟导读
美国加州大学、美国加州伯克利劳伦斯伯克利国家实验室、新加坡南洋理工大学、西安交通大学及新加坡国立大学研究人员通过3D打印内在增韧具有纳米桥接蜂窝微结构的强抗断裂高熵合金。该研究以“A strong fracture-resistant high-entropy alloy with nano-bridged honeycomb microstructure intrinsically toughened by 3D-printing”为题发表在《Nature Communications》上。
通过传统的 "自上而下 "工艺强化材料通常需要通过沉淀或晶粒细化来限制位错运动，这必然会限制位错远离或向裂纹尖端运动，从而严重影响材料的抗断裂性。在本研究中，一种高熵合金 Al0.5CrCoFeNi 是通过激光粉末床熔融工艺制成的，这是一种 "自下而上 "的增材制造工艺，类似于自然界构建结构的方式，其微观结构类似于由面心立方（fcc）基体和有序体心立方 B2 相交织的六边形网组成的纳米桥接蜂窝结构。 B2相与高位错密度和固溶强化相结合，为材料提供了强度，而连接 fcc 单元的纳米位错桥，即晶胞边界上 B2 相之间的通道，为位错从裂纹尖端移动提供了通道。 因此，自然启发的微观结构赋予了材料强度和韧性的完美结合。
图1:L-PBF打印Al0.5CrCoFeNi高熵合金的显微组织。
图2:L-PBF打印Al0.5CrCoFeNi高熵合金在298 K和77 K下的力学性能。
图3:L-PBF打印Al0.5CrCoFeNi高熵合金在298 K和77 K下的变形机制。
图4:断裂韧性随各类材料屈服强度变化图。
研究展示了面心立方中高熵合金的损伤容限，即屈服强度和断裂韧性的理想组合，实际上可以通过使用增材制造（"自下而上"）来操纵。在本研究中，激光粉末床熔融技术可以生成分层蜂窝状微结构形式的附加内部结构，从而进一步提高合金的强度特性，而不会影响其断裂韧性。在塑性变形的早期阶段，通过限制位错的移动来强化合金；然而，在严重塑性变形期间，即在裂纹尖端附近，位错的移动会因连接 B2 相的位错纳米桥的断裂而得到促进，从而通过钝化和屏蔽裂纹尖端来提高断裂韧性。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101700
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