本文亮點(diǎn):
?闡述了激光加工工藝參數(shù)對(duì)HEA材料性能的影響。
?綜述了激光沉積HEA涂層的各種機(jī)械性能和功能性能。
?提出了激光沉積HEAs涂層可能面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
3．5. 腐蝕行為
Zhang等研究了等摩爾FeCoCrAlNi涂層在鹽水溶液中的侵蝕空化和電化學(xué)腐蝕行為。極化曲線顯示HEA涂層的Epit值明顯小于基體ss304，表明FeCoCrAlNi降低了涂層的點(diǎn)蝕。鍍層的腐蝕性能優(yōu)于NiCrBSi涂層。這是由于合金元素(Cr、Ni和Co)的鈍化氧化膜的出現(xiàn)。在5?h、10?h和15?h后，根據(jù)平均侵蝕深度(MDE)測(cè)量涂層和基體的空化侵蝕。
結(jié)果表明:5?h后，HEA涂層的累積MDE可以忽略，15?h后，涂層的累積MDE約為3.5μm。從圖33所示的表面形貌可以看出，在5?h后，HEA涂層表面更加光滑，沒(méi)有明顯的塑性變形。當(dāng)浸泡時(shí)間從5?h增加到10?h時(shí)，晶界處出現(xiàn)了空化現(xiàn)象。15?h后，火山口尺寸增大，出現(xiàn)裂紋，如圖33所示。然而，即使經(jīng)過(guò)15?h的沖蝕空化試驗(yàn)，也沒(méi)有出現(xiàn)塑性變形和流動(dòng)形態(tài)。結(jié)果表明，F(xiàn)eCoCrAlNi涂層形成了硬度適宜、韌性高的顯微組織[缺乏IM相]，涂層具有較高的抗沖蝕性。這些結(jié)果還表明，F(xiàn)eCoCrAlNi涂層的抗沖蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于典型的鎳基高溫合金NiCrBSi涂層。
圖33 空化侵蝕試驗(yàn)后的表面形態(tài)，(a)第5個(gè)?h處的304不銹鋼，(b)第10個(gè)?h處的304不銹鋼，(c)第15個(gè)?h處的304不銹鋼，(d)第5個(gè)?h處的HEA沉積，(e)第10個(gè)?h處的HEA沉積，(f)第15個(gè)?h處的HEA沉積
添加鋁的影響: Zhao等研究了激光沉積AlxCoCrFeNiTi0.5 (x為摩爾比1.0、1.5、2.0和2.5)涂層在Q345鋼基體(成分:wt.%)上的在不同撞擊角度下的料漿沖蝕性能 (composition in wt.%: C?≤?0.20, Mn?=?1.0–1.6, Si?≤?0.55,S?≤?0.045, P?≤?0.045, V?=?0.02–0.15, Ti?=?0.20, Fe?=?balance) 。作者觀察到HEA包層在小的撞擊角(15°)下具有更好的抗侵蝕能力。結(jié)果還表明，隨著Al含量的增加，侵蝕機(jī)制由韌性向脆性轉(zhuǎn)變。因此，有限的塑性提供了較高的硬度。這種高硬度、優(yōu)異的塑性和低堆積能都被認(rèn)為是提供優(yōu)良抗沖蝕性的原因。掃描電鏡(SEM)分析表明，微切削、微耕和混合切削是HEA涂層的主要侵蝕機(jī)制。
添加鈦的影響: Wu等研究了FeCoCrAlNiTix (x為摩爾比為0.5、1.0、1.5和2.0)的抗沖蝕性能。將HEA涂敷在304和LC樣品上，在蒸餾水和0.6?M NaCl溶液中浸泡20?h。結(jié)果表明，在無(wú)腐蝕性的蒸餾水中，隨著Ti含量的增加，涂層的抗空蝕性增加，(對(duì)于Ti2.0)比Ti0.5涂層的抗空蝕性提高?~?1.8倍。這種抗空蝕能力的增強(qiáng)是由于固溶中硬IM相的形成和均勻分布所致。而HEA Ti2.0涂層在鹽溶液中的耐蝕性能最差，電化學(xué)侵蝕和機(jī)械侵蝕的協(xié)同作用導(dǎo)致涂層材料的脫除。鍍層的腐蝕性能由高到低依次為:Ti1.0 coating?>?Ti0.5 coating?>?Ti1.5 coating?>?Ti2.0coating;Ti1.0涂層具有良好的抗腐蝕性能，這主要是由于在Ti含量較高時(shí)，形成了不穩(wěn)定的IM化合物。
基于連續(xù)的隱式曲線再現(xiàn)方法:(a)用連續(xù)四邊形展開(kāi)式再現(xiàn)隱式曲線;(b)利用預(yù)測(cè)修正法重構(gòu)隱式曲線。
增強(qiáng)顆粒的作用:Bao等研究了顆粒增強(qiáng)(WC)對(duì)Q235基體上B0.2CoCrNiFe涂層在模擬蒸餾水溶液和0.6?M NaCl溶液中浸泡后抗沖蝕性能的影響。研究表明，WC的摻入使WC增強(qiáng)顆粒彌散強(qiáng)化，從而提高了其抗空化性能。
本節(jié)總結(jié):可以推斷，Al的加入增加了涂層的抗沖蝕性，侵蝕機(jī)制由韌性向脆性轉(zhuǎn)變。而Ti在HEA涂層中的摻入導(dǎo)致了IM化合物的形成，與溶液的反應(yīng)降低了涂層的耐蝕性。因此，IM相的發(fā)展降低了LC-HEA沉積的抗沖蝕性。結(jié)果表明，與陶瓷涂層相比，HEAs涂層具有更好的抗沖蝕性能。
4. 當(dāng)前和未來(lái)的應(yīng)用
該涂層通常在不損害服務(wù)部件性能的情況下改善性能，提供了效率和經(jīng)濟(jì)收益，并增加服務(wù)部件的壽命。因此，基于hea的激光輔助沉積由于其優(yōu)異的綜合機(jī)械、化學(xué)和物理性能以及豐富的設(shè)計(jì)元素構(gòu)成，被認(rèn)為有利于工程和工業(yè)應(yīng)用。特別是考慮到其潛在的應(yīng)用前景，激光輔助hepa涂層仍處于發(fā)展的初級(jí)階段。然而，文獻(xiàn)報(bào)道也提供了一些通過(guò)LDM合成的涂料的實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)激光輔助技術(shù)開(kāi)發(fā)的HEA涂層主要用于腐蝕、磨損、氧化、生物醫(yī)學(xué)和電子應(yīng)用。
(A)空心圓柱體和(B)平面壁面的等效熱回路。
熱阻可以有效地與熱傳遞聯(lián)系在一起，并在電路中表現(xiàn)為類(lèi)似于電阻。電路表示法為傳熱問(wèn)題的概念化和量化提供了一個(gè)有用的工具(Bergman等，2011)。上圖給出了前面所考慮的無(wú)限圓柱面與平面壁面問(wèn)題的熱電路示例。
熱障沉積: TBCs由粘結(jié)層和頂部陶瓷層組成，用于各種高溫應(yīng)用場(chǎng)合的熱保護(hù)。例如，在渦輪葉片的鈷基和鎳基高溫合金上采用TBC，因?yàn)樗鼈兙哂袃?yōu)良的抗氧化和蠕變性能。但較好的抗氧化性能導(dǎo)致蠕變性能下降。為了克服這一問(wèn)題，使用LC-HEAs作為T(mén)BC的粘結(jié)涂層材料來(lái)降低熱阻。從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，研制的犧牲涂層可以定期更換，而不是更換渦輪葉片。粘接涂層的目的是防止頂部陶瓷層與基板直接接觸。此前，MCrAlX涂層被用作粘結(jié)層。到目前為止，TBCs中最弱的成分仍然是粘結(jié)層，文獻(xiàn)中關(guān)于LC-HEA沉積的報(bào)道很少。因此，需要深入研究和努力開(kāi)發(fā)高抗氧化性和更好的附著力的HEA涂料。
一種散熱器及其對(duì)應(yīng)的組件包(TO-3)制造方法及圖紙。
散熱器的選擇主要基于所需的熱阻，但用于冷卻組件的封裝類(lèi)型也可以考慮在內(nèi)。不同的散熱片設(shè)計(jì)更適合特定形式的部件。（如上圖）
抗輻照沉積:用于核聚變和裂變反應(yīng)的沉積材料必須具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、低放射性活化、優(yōu)異的耐腐蝕和抗蠕變性能。與傳統(tǒng)合金相比，HEAs表現(xiàn)出高熵值和高原子級(jí)應(yīng)力，這些應(yīng)力是由不等大小原子的混合引起的，在粒子輻照和熱峰值作用下導(dǎo)致局部熔化和再結(jié)晶，留下的缺陷較小。因此，在核反應(yīng)堆中也可以利用HEAs來(lái)解決長(zhǎng)期輻射損傷的問(wèn)題。正如Alaneme等人所總結(jié)的，HEAs具有優(yōu)良的耐腐蝕性和較好的抗輻照性能，可以使其在高壓容器和核燃料中成為潛在的包層。這種抗輻照的行為可以轉(zhuǎn)化為激光輔助的HEA包覆層，使其在核工業(yè)中的潛在應(yīng)用。
在凹進(jìn)式局部氧化過(guò)程中使用SiN掩模的示意圖。
SiN是一種很好的擴(kuò)散屏障，它具有很高的抗氧化性。這種特性常用于選擇性氧化過(guò)程，也稱(chēng)為硅局部氧化(LOCOS)，以電隔離器件。LOCOS過(guò)程如上圖所示。在晶圓表面形成LPCVD生長(zhǎng)的si薄膜。熱氧化物只會(huì)在SiN被移除的區(qū)域生長(zhǎng)。氧化后，SiN掩膜可以在熱的H3PO4溶液中去除。氧化物層明顯生長(zhǎng)在硅表面以上。這通常是考慮到凹進(jìn)去的LOCOS工藝，在氧化之前在硅上蝕刻一個(gè)淺溝槽。淺槽的蝕刻如圖(ii)所示。在凹槽型氧化物結(jié)構(gòu)中，大部分氧化物處于原始硅表面水平以下。
耐腐蝕沉積:極端環(huán)境下的腐蝕防護(hù)是激光輔助HEA包覆層應(yīng)用的另一個(gè)重要和進(jìn)步領(lǐng)域。所有在嚴(yán)格環(huán)境要求下工作的行業(yè)都可以定制耐腐蝕的LC-HEA鍍層。該清單包括石化工業(yè)、食品加工業(yè)、船舶設(shè)備和發(fā)電工業(yè)等。有豐富的文獻(xiàn)和一些實(shí)際應(yīng)用[168]正在探索和證明耐腐蝕LC-HEAs的價(jià)值。通過(guò)控制工藝參數(shù)，采用LDM技術(shù)可獲得耐腐蝕的HEA復(fù)合材料，從而獲得最佳的包層厚度。
生物醫(yī)學(xué)取證: HEAs也席卷了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，基于ti的特定HEA設(shè)計(jì)被用于開(kāi)發(fā)醫(yī)用植入材料。開(kāi)發(fā)新型HEA生物材料是迫切需要，而ldm合成的ti基HEA涂層具有良好的耐蝕性、生物相容性、耐磨性和剛度，是研究人員所采用的新趨勢(shì)。這些HEAs材料可作為一種新型的醫(yī)用植入材料用于長(zhǎng)期植入。LC-HEA涂層醫(yī)用植入物的研究仍處于起步階段，近期需要進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，以滿(mǎn)足口腔或心血管植入物的臨床需求。根據(jù)文獻(xiàn)，激光輔助合成(ZrNbTi)14SnMo、NiCrCoVAlTi、TiVCrSiAl和TiAlSiNiV在生物醫(yī)學(xué)級(jí)Ti6Al4V上沉積HEA，以評(píng)價(jià)這些包覆層的生物相容性。
這些ti基LC-HEA生物醫(yī)學(xué)涂層具有良好的耐磨損、高硬度和良好的生物相容性。此外，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，還可以開(kāi)發(fā)和開(kāi)展體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，以確保HEA氮化物、碳化物和其他陶瓷LC涂層的生物相容性。Tsai等人和Chang等人對(duì)濺射HEA涂層進(jìn)行了評(píng)價(jià)，因?yàn)檫@類(lèi)材料具有優(yōu)良的擴(kuò)散屏障，可以引領(lǐng)激光輔助HEA涂層的應(yīng)用。此外，使用激光輔助HEA包覆層形成core–shell結(jié)構(gòu)(nanosized-Y2O3 doped AlCoCrCuFeNiSi0.5)是由Zhang等人首次報(bào)道的。HEA涂層的這種行為在藥物傳遞和治療方面具有潛在的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值。
電子屏蔽沉積: HEA沉積在電子工業(yè)中用于電磁干擾(EMI)屏蔽和射頻干擾(RFI)屏蔽，以減輕與電子元件相關(guān)的噪聲和干擾。用于電磁干擾屏蔽的材料通常具有優(yōu)良的性能，如高導(dǎo)電性、恒定電阻率、高介電常數(shù)和磁常數(shù)。含有Fe、Ni和Co的納米晶鐵磁材料具有良好的電磁干擾性能。
最近，Zhang等人研究了電弧熔化法制備的FeCoSixNiAl0.4(0.1?≤?x?≤?0.5)的電磁波特性，并報(bào)道了這種HEA優(yōu)異的微波吸收性能。Duan等也研究了通過(guò)MA合成的FeNiCuxCoAl(0.2?≤?x?≤?0.7)的EMI性能，重點(diǎn)研究了不同粉末尺寸、Cu含量、形貌對(duì)微波吸收性能的影響。結(jié)果表明，大塊片狀顆粒和軟磁性能顯著改善Cu0.5的吸收性能，退火增強(qiáng)了其微波吸收能力。HEA粒子的這種行為和隨后的熱處理可用于激光輔助HEA沉積，表明其在電子學(xué)領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用潛力。此外，輕型HEAs的LDM涂層可以翻譯為覆蓋移動(dòng)電池的介質(zhì)。
eCoNiCuxAl (a) M2 (x = 0.2)， (b) M5 (x = 0.5)， (C) M7 (x =0.7)的SEM圖像。隨著Cu含量的增加，F(xiàn)eCoNiCu0.7Al粉末呈現(xiàn)出優(yōu)良的片狀顆粒，顆粒尺寸增大，但厚度有所提高。(d) FeCoNiCuxAl (x = 0.2-0.7)粉末的尺寸分布。
利用SEM和激光粒度分析儀對(duì)FeCoNiCuxAl (x = 0.2、0.5和0.7)粉末的形貌和粒度分布進(jìn)行表征，如上圖所示。照片顯示了良好的片狀顆粒，這是機(jī)械合金化過(guò)程中磨球碰撞造成的。而FeCoNiCu0.7Al粉末不同于一般的片狀顆粒，片狀顆粒表面附著的顆粒更小，導(dǎo)致片狀長(zhǎng)徑比更小。粒徑分布結(jié)果(圖(d))表明，顆粒尺寸先增大(Cu0.2-Cu0.4)，再減小(Cu0.4-Cu0.5)，最后增大(Cu0.5-Cu0.7)。
5. 未來(lái)趨勢(shì)和挑戰(zhàn)
5．1. 未來(lái)趨勢(shì)
本文從微觀結(jié)構(gòu)、相組成、物理機(jī)械性能和應(yīng)用等方面展望了激光輔助HEA熔覆層的未來(lái)發(fā)展方向。
熱處理:HEA涂層復(fù)雜的物理冶金特性使后熱處理成為利用LDM開(kāi)發(fā)高質(zhì)量涂層的另一個(gè)有前途的研究領(lǐng)域。根據(jù)文獻(xiàn)，只有少數(shù)模式報(bào)道了后加熱對(duì)腐蝕機(jī)制的影響[194]。由于后處理導(dǎo)致的微觀組織中可能出現(xiàn)兩種不同的相[FCC和BCC]，這將有助于分析LC-HEA沉積的機(jī)械特性，特別是腐蝕性能。此外，還需要進(jìn)一步研究馬氏體[223]等其他組織的形成和退火引起的堆碼錯(cuò)誤，以了解其形成機(jī)理以及與合金成分和激光參數(shù)的關(guān)系。
外部輔助激光混合技術(shù):表面缺陷，如孔隙、裂紋和稀釋是LC-HEA涂層中常見(jiàn)的問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)了混合技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高沉積速率、可忽略的缺陷、更好的質(zhì)量、幾何和冶金特征的LC沉積。研究發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)輔助材料制備技術(shù)使材料具有細(xì)小的晶粒結(jié)構(gòu)，由于硬相均勻彌散而減少團(tuán)聚現(xiàn)象，而電磁場(chǎng)有助于獲得更好的拉伸性能，這有助于發(fā)展和提高殘余應(yīng)力。同樣，采用感應(yīng)預(yù)熱的激光熔覆或激光感應(yīng)混合熔覆，不僅可以提高激光能量效率，而且可以產(chǎn)生無(wú)裂紋的涂層。這項(xiàng)工作在LC-HEA沉積中非常少見(jiàn)。因此，利用振動(dòng)、電磁場(chǎng)或其他輔助技術(shù)與LDM相結(jié)合，將有助于改善和致密化晶粒結(jié)構(gòu)等機(jī)械性能。此外，高速激光熔覆是另一種新技術(shù)，可用于生產(chǎn)具有強(qiáng)冶金結(jié)合的無(wú)缺陷HEA熔覆層。
計(jì)算建模:基于hea的激光沉積是當(dāng)今世界有吸引力的研究領(lǐng)域。只有對(duì)階段有深刻的了解，才能理解覆層材料的特點(diǎn)。但由于高熵效應(yīng)，MCAs的相圖并不存在，系統(tǒng)中可能存在無(wú)限相。因此，可以利用預(yù)測(cè)CALPHAD系統(tǒng)對(duì)HEAs建模進(jìn)行研究。很少有研究人員使用該模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模。但在HEA涂層的計(jì)算建模方面還需要更多的研究。此外，分析模型無(wú)法準(zhǔn)確地模擬激光工藝參數(shù)。數(shù)值模擬是解決這一問(wèn)題的另一種技術(shù)。
數(shù)值模擬:ldm非常昂貴，解析建模也需要大量的細(xì)節(jié)，因?yàn)樗鼘儆诜蔷€性問(wèn)題的范疇。因此，需要建立穩(wěn)健的模型來(lái)評(píng)估激光沉積的性能，如微觀結(jié)構(gòu)評(píng)估、相變、耐蝕性、硬度、耐磨性等。同樣，對(duì)于機(jī)械加工和熱處理等后處理建模的研究，特別是對(duì)于HEA涂層，今后也需要進(jìn)一步探索。LC-HEA涂層過(guò)程的數(shù)值模擬還不成熟。關(guān)于預(yù)置粉末系統(tǒng)的數(shù)值模擬的報(bào)道很少。在過(guò)去的十年中，LC技術(shù)的數(shù)值模擬已經(jīng)取得了很好的進(jìn)展，但對(duì)LC- hea涂層幾何特征的數(shù)值模擬還需要表面工程界的努力。
HEAs的快速設(shè)計(jì):集成計(jì)算材料工程(ICME)是一種現(xiàn)代工程方法，通過(guò)關(guān)聯(lián)滿(mǎn)足特定性能標(biāo)準(zhǔn)的材料的不同計(jì)算模型來(lái)開(kāi)發(fā)材料。人們?cè)鴩L試通過(guò)鑄造來(lái)快速開(kāi)發(fā)HEAs，但這一過(guò)程缺乏靈活性。相比之下，基于粉末的方法仍處于步兵階段，可以應(yīng)用于通過(guò)LC(三維激光熔覆)快速成型HEA材料，這是由于來(lái)自不同饋線的元素粉末內(nèi)聯(lián)融合的工藝能力。圖34給出了Haase等人利用CALPHAD計(jì)算對(duì)ICME方法進(jìn)行工藝驗(yàn)證的示意圖。由于冷卻速度快，定向凝固和平衡相抑制會(huì)導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的改變。這種現(xiàn)象也需要工程界的關(guān)注。
圖34 系統(tǒng)圖的描述方法，可用于通過(guò)ldm快速設(shè)計(jì)HEAs。
LC-RHEA和增強(qiáng)復(fù)合材料沉積:大多數(shù)研究的HEA涂層是基于FeMnNiCrCo Cantor的HEA涂層。RHEAs和light-weight HEAs的研究較少，這是未來(lái)LC技術(shù)探索的另一個(gè)挑戰(zhàn)。此外，開(kāi)發(fā)金屬材料間的新型化學(xué)，將拓寬金屬材料的應(yīng)用領(lǐng)域。需要進(jìn)一步研究高熵碳化物、氮化物、氧化物、MXenes及其組成。這些協(xié)同效應(yīng)將有助于研究熱障和擴(kuò)散障涂層的激發(fā)區(qū)域，可以作為MCrAlY涂層作為粘結(jié)涂層材料的替代材料。同樣，抗氧化HEA涂層(主要元素為Cr和Fe)可以用于需要在相對(duì)較低溫度(<700?°C)下抗氧化的發(fā)電行業(yè)。此外，如Müller等所述，可以通過(guò)添加Al、Ti和Cr含量來(lái)優(yōu)化RHEAs涂層，從而可能將其應(yīng)用于高溫應(yīng)用中。未來(lái)耐高溫應(yīng)用的范圍取決于控制氧化層的形成、熱穩(wěn)定性和HEA涂層的相組成。
其他性能:從文獻(xiàn)中獲得的數(shù)據(jù)表明，AlFeCrNi、AlCrCoFeMnNi、RHEAs及其衍生物基LC涂層通常表現(xiàn)出更好的機(jī)械性能，如硬度、耐磨性、耐腐蝕性和耐侵蝕性。然而，關(guān)于諸如應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、殘余應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度、疲勞和蠕變等重要性能對(duì)使用環(huán)境的協(xié)同作用的信息仍然有限。Juan等利用現(xiàn)有的LC-HEA涂層數(shù)據(jù)，觀察到固溶相的形成需要較低的激光能量密度。有必要將這些研究成果應(yīng)用到LC-HEA涂層上。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难芯浚喾€(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該被封裝和形式化，以建立對(duì)LC-HEA涂層更好的理解。
激光增材制造HEA沉積: LENS的HEA是一種現(xiàn)代制造技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型將預(yù)混粉末轉(zhuǎn)換成復(fù)雜形狀的3D物體。它還允許將其用于修復(fù)和康復(fù)。激光床融合是HEAsAM最常用的技術(shù)。激光床熔和LC技術(shù)在粉末通過(guò)噴嘴輸送、粉末通過(guò)高密度激光束熔化、沉積材料在基體上凝固等方面相似。因此，LC在AM和近凈形制造領(lǐng)域有著密切的相關(guān)性。文獻(xiàn)中關(guān)于LC-HEA沉積中AM的報(bào)道較少。Kunce等利用LC技術(shù)制造了AlNiCoFeCr的近凈形薄壁產(chǎn)品(見(jiàn)圖35)。然而，由于基體與制備的HEA之間的溫度梯度導(dǎo)致了殘余應(yīng)力的產(chǎn)生;LC-HEA沉積出現(xiàn)裂紋。盡管裂紋敏感性很高，但在不同的顯微組織性能、熱處理的影響和各種定制性能方面，仍需要探索近凈形激光制造，以說(shuō)明AM作為這些新型材料成形技術(shù)的適用性。
圖35 (a)描述激光工程凈成形技術(shù)的示意圖(b)使用該技術(shù)生產(chǎn)的薄壁近凈形產(chǎn)品。
5.2 挑戰(zhàn)與未來(lái)機(jī)遇
HEA涂層的研究還處于起步階段。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，LC-HEA沉積的利用有限，如在小型和昂貴的鋼工具上的覆層，這使得它們的應(yīng)用非常有限。隨著通過(guò)添加微量元素和熱處理提高HEA鍍層的功能性能，以及高熵陶瓷（HEA的子類(lèi))的發(fā)展，將最終實(shí)現(xiàn)其廣泛的應(yīng)用。除了常見(jiàn)的功能應(yīng)用(防腐、耐磨、硬度)外，具有生物醫(yī)學(xué)、抗指紋、不粘、電磁(EMI)屏蔽、抗菌、疏水性和親水性的LC-HEA涂層也可以成為材料科學(xué)領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向。此外，還需要改善低熔點(diǎn)襯底(鎂、鋁及其合金)的表面性能，同時(shí)避免懸浮，以允許其在工程應(yīng)用中使用。
此外，使用“技術(shù)成熟度水平(TRL)”對(duì)LC-HEA沉積的技術(shù)成熟度進(jìn)行評(píng)估。這些水平顯示了任何特定技術(shù)從其理論形式(TRL 1)到工作環(huán)境(TRL 9)的進(jìn)展。HEA材料技術(shù)已接近TRL 7-8，而LC-HEA沉積還停留在4-5級(jí)。從而保證了LC-HEA沉積的良好前景。
最后，需要促進(jìn)LC-HEA沉積的實(shí)際應(yīng)用。只有結(jié)合HEA合金成分的機(jī)械和功能性能，這才有可能產(chǎn)生多功能和無(wú)界電位。綜上所述，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年，表面工程領(lǐng)域?qū)⑷〉弥卮筮M(jìn)展，激光輔助HEA包覆層的研究將朝著在各種極端環(huán)境中的應(yīng)用方向發(fā)展，這在以前是有限的。此外，ti基激光輔助HEA包覆層用于生物醫(yī)學(xué)植入應(yīng)用的發(fā)展還需要大量的HEA設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究和深入的探索。這些挑戰(zhàn)將為材料工程師和科學(xué)家提供無(wú)數(shù)的追求，他們堅(jiān)定的目標(biāo)是生成基于不同成分的hea沉積，從而進(jìn)一步提高機(jī)械性能，減少缺陷的發(fā)生，并防止材料在惡劣的環(huán)境條件下。
6. 結(jié)論
本文詳細(xì)介紹了當(dāng)前先進(jìn)的HEA激光沉積技術(shù)，重點(diǎn)介紹了鍍層的形貌、硬度、耐磨性、耐蝕性以及機(jī)械性能與顯微組織的關(guān)系。本文的研究結(jié)論如下:
1.討論了激光加工參數(shù)對(duì)LC-HEA鍍層質(zhì)量、幾何和冶金特性的影響。優(yōu)化后的工藝參數(shù)對(duì)于獲得高沉積速率、無(wú)裂紋和強(qiáng)附著力的熔覆層至關(guān)重要。可以應(yīng)用不同的離散模型來(lái)確定這些參數(shù)。但是，由于ldm的非線性特性，很難生成完美的模型。這需要LC-HEA沉積表面工程界的關(guān)注。
2.討論了hea基激光沉積的微觀結(jié)構(gòu)及其相組成的發(fā)展。涂層中觀察到的主要固相為FCC和BCC。但由于B、Nb、Mo、Ti、Cr等合金元素含量的增加，在某些情況下也出現(xiàn)了硬質(zhì)合金和氧化物相。
3.結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道，觀察了HEA鍍層的硬度、腐蝕、沖蝕、磨損和抗氧化性能等機(jī)械特性。LC-HEA涂層具有較高的硬度，顯微組織細(xì)小致密。然而，在大多數(shù)情況下，由于過(guò)飽和多組分相的形成和固溶硬化，沉積體表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性和硬度。固溶變形和嚴(yán)重的晶格變形也有助于提高LC-HEA涂層的耐磨性。此外，HEA包覆層優(yōu)良的氧化性能為替代傳統(tǒng)材料包覆層提供了巨大的潛力。
4.考慮到應(yīng)用，LC-HEA沉積的主要重點(diǎn)是為極端和高溫應(yīng)用生成高耐磨和耐腐蝕的涂層。相比之下，對(duì)LC-HEA涂層的高溫腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析的作者較少。然而，由于HEA激光熔覆層形成過(guò)程中快速的淬火速度和均勻的顯微組織以及較少的HEA元素分配，LC-HEA鍍層在RT時(shí)表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能。此外，添加Al、Cr等強(qiáng)化元素可獲得較高的耐蝕性能。
5.由于其優(yōu)異的功能特性，激光輔助HEA沉積技術(shù)在未來(lái)十年內(nèi)有望應(yīng)用于下一代涂層。此外，由于HEAs具有良好的生物相容性，這些沉積在生物醫(yī)學(xué)工業(yè)中有顯著的發(fā)展。
來(lái)源：Laser deposition of high-entropy alloys: A comprehensive review，Optics &Laser Technology，doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107447
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