分析：高エントロピー合金 FeCoCrNiMn の付加製造プロセス

出典: アディティブリサーチ

FeCoCrNiMn は最も早く発見された高エントロピー合金の 1 つですが、人々はその研究を止めたことがありません。 FeCoCrNiMn の精密部品やコーティングを得るには、現在、積層造形が最良の選択肢です。付加製造の独自の利点を活用することは、機器ユーザーの絶え間ない追求です。

1. プラズマクラッディング（PTA）
プラズマ堆積クラッディング (PTA) は、より厚い高エントロピー合金コーティングを作製するための好ましい方法です。

武漢大学と華中農業大学の合同チームは、プロセス調整を通じて望ましい FeCoCrNiMn コーティングを得る方法を研究しました。研究チームはマトリックスとして65Mnを使用し、それぞれ110A、130A、150A、170A、190Aの被覆電流で実験を行った。

電流が増加すると、デンドライト間構造 (ID) はより大きく平坦になり、電流の変化は元素の拡散に大きな影響を与えます。

電流が 110A から 150A の場合、電流が増加するにつれてコーティングの硬度は低下します。電流が170Aになるとコーティングの硬度が急激に低下します。電流が 190A になると、コーティングの硬度が増加しますが、これはマトリックス要素の溶融に関係しています。

電流の変化は相構造に影響を与えず、電気粘性効果によりコーティングの優先配向が（111）から（200）に変化します。
2. 選択的レーザー溶融法（SLM）：
選択的レーザー溶融（SLM）は、積層造形技術における粉末床溶融調製方法です。 SLM プロセスを変更することで、合金の微細構造を制御できます。

中南大学と中国建築材料研究院の合同チームは最近、SLM による FeCoCrNiMn の製造プロセスに関する研究を実施しました。サンプルの組成は、21.69 Fe-20.26 Co-19.43 Cr-20.45 Ni-16.83 Mn-0.92 N-0.42 Si (at%) です。スキャン速度（800 mm/s）、層厚（40 μm）、レーザー間隔（80 μm）を一定に保ちながら、スキャン偏向角度（45°、67°、90°）を変更して、3つのグループのサンプルを準備しました。

3 つのサンプルグループすべてで明らかな転位セル構造が観察されました。 R45 サンプルと比較すると、R67 および R90 サンプルは転位密度が高く、セル壁とセル内部に多数の転位の絡み合いがあります。

45°のレーザースキャン偏向角度で準備されたサンプルは、90°のデンドライト成長モードと平坦な溶融プールプロファイルを持ち、その微細構造は柱状デンドライトの明らかなエピタキシャル成長を示しています。さらに、R45 サンプルの構築方向 (XZ 平面) に沿った粒子は明らかな柱状の形態を示し、最大粒子サイズは 128 μm です。

粒径が小さいため、亀裂感受性が低下し、レーザースキャン偏向角67°で作製したサンプルは、高温亀裂欠陥の密度が低くなります。また、選択的レーザー溶融作製プロセスでは、高密度転位セル、転位の絡み合い、微細析出物、マルチピーク粒構造などのマルチレベル構造が形成され、合金の機械的特性が効果的に向上します。そのため、R67サンプルは最高の機械的特性と高い加工硬化率を備えています。降伏強度、引張強度、伸びはそれぞれ614 MPa、758 MPa、15.7%です。

高密度の微細ストリップと変形によって生じる少量の双晶は、FeCoCrNiMn高エントロピー合金の変形メカニズムです。華中科技大学の研究チームは、SLM成形されたFeCoCrNiMn高エントロピー合金の相組成、微細構造、機械的特性に対するプロセスパラメータの影響を研究しました。

SLM成形プロセス中、溶融池間（XY成形面）と層間（Z成形面）の凝固重なりには一定の時間差があり、前の溶融池（層）と次の溶融池（層）の物理的状態が異なります。溶融池は凝固マトリックスと接触しており、大きな温度勾配により凝固重なり面で大きな過冷却が発生し、小さなサブグレインが形成され、大きな熱応力が発生し、粒界で割れやすくなります。溶融池（層）の境界における熱応力が大きいと腐食が速くなり、重なり合った部分に腐食ピットや特徴的な形態が形成されやすくなります。

上海交通大学の研究チームは、SLM 温度勾配 G と凝固速度 R が結晶化形態に与える影響を研究しました。 G/R の増加に伴い、結晶形態は平面結晶から細胞状結晶、柱状樹枝状結晶、等軸樹枝状結晶へと順に変化します。金属の熱伝導率は比較的大きいため、水平方向の総熱流方向は堆積金属の側面に偏り、したがって、総熱流方向は斜め下向きになります。

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