SLM法で作製したCoCrFeNiMn高エントロピー合金の層状構造と強化メカニズム

SLM法で作製したCoCrFeNiMn高エントロピー合金の層状構造と強化メカニズム
寄稿者: Cheng Zihao、Zhang Hang

高エントロピー合金 (HEA) は、その斬新な合金設計コンセプトと優れた機械的特性により、導入以来幅広い注目を集めています。代表的な高エントロピー合金として、CoCrFeNiMn が広く研究されてきました。この高エントロピー合金の興味深い特性は、極低温での破壊靭性であり、極低温構造材料の候補となります。現在、高エントロピー合金の製造は主に従来の溶解法や鋳造法に依存していますが、コストと実際の応用効率の点で大きな制限があります。積層造形 (AM) は、ネットシェイプ製造機能と設計の自由度の利点に基づいて、複雑な形状の部品を CAD モデルから直接取得できます。さまざまな AM 方法の中でも、選択的レーザー溶融 (SLM) 技術は、エンジニアリング材料の製造にますます使用され、活用されています。

シンガポール製造技術研究所とシドニー大学の Zhu 氏と An 氏らは、SLM 法によってほぼ完全な密度を持つ CoCrFeNiMn 高エントロピー合金を作製することに成功しました。構築されたサンプルは、溶融プール、柱状粒子、サブミクロンの細胞構造、および転位を含む階層構造を示しました(図1)。従来の方法と比較して、プレハブ試験片では高強度と高延性の優れた組み合わせが得られました(図2)。


図1 (a) OM、(b) 正面SEM像、(c) ハニカム構造のSEM像、(d) 正面EBSD像、(e) 重ね合わせたHAGB(青線)とLAGB(赤線)のEBSD像品質マップ、(f) 正面KAM像、(g) SAEDパターン付きハニカム構造の明視野STEM像、(h) (g)の四角で示した領域の明視野STEM像と領域の元素分布マップ

図 2 (a) EBSD 画像、(b) KAM 画像、(cd) プレファブリケーション試験片の引張破壊の明視野 STEM 画像。定量分析により、粒界強化よりも転位硬化が材料の強度向上に重要な役割を果たしていることがわかります。良好な可塑性は、複雑な転位活動によって制御される安定したひずみ硬化と関係しています。

参考文献:
1. Zhu ZG、Nguyen QB、Ng FL、他「選択的レーザー溶融法で積層造形したCoCrFeNiMn高エントロピー合金の階層的微細構造と強化メカニズム[J]」Scripta Materialia、2018、154:20-24。

寄稿者: Cheng Zihao、Zhang Hang 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

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