来自美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员与合作伙伴，近期在材料科学领域取得了一项关键进展。

他们深入研究了激光增材制造工艺如何用于定制高熵合金的显微结构与性能。

这项研究旨在理解凝固速率如何影响激光增材制造高熵合金的显微结构演变和相变路径。

该研究聚焦于AlCrFe₂Ni₂共晶高熵合金。

研究团队通过调节激光粉末床融合工艺中的激光扫描速度，来控制熔池的凝固速率。

他们发现，激光扫描速度直接影响了金属的冷却方式，进而决定了其最终的内部结构。

该团队结合热力学模型和分子动力学方法，模拟了这些高熵合金的3D打印过程。

研究结果已发表在《先进材料》期刊上。

研究表明，当激光移动速度较慢时，熔融金属以较低的速率冷却。

这给液态中的原子留出了足够的时间通过扩散分离成不同的组分或“相”。

相比之下，当激光扫描速度提高时，金属冷却速度极快。

这种快速冷却抑制了原子的扩散运动。

其结果是，材料被有效地“冻结”为一个单一、均匀的固相，而非形成通常的复杂多相混合物。

副团队负责人Thomas Voisin解释道：“通过提高激光速度，冷却速率也随之增加。随着材料冷却速度加快，其重新排列成低能量构型的时间就越少。这会使材料冻结在一个非平衡态，从而可用于调节原子结构和最终的机械性能。”

这项研究揭示了通过工艺参数直接“编程”材料性能的可能性。

利用AlCrFe₂Ni₂共晶高熵合金，研究人员能够通过调整激光速度，创造出涵盖整个谱系的材料性能。

这为实现“定向设计”高性能合金部件铺平了道路。

研究人员早已认识到，增材制造的快速冷却速率会导致高熵合金中形成独特的显微结构。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的这项工作，正属于科学家们系统研究如何利用激光增材制造工艺参数来调整显微结构、从而定制材料机械行为的活跃领域。

Thomas Voisin表示：“我们现在处于这样一个阶段，可以有效地设计新材料，并充分利用增材制造诸如极高冷却速率等特性。”

这项研究表明，可以精确调整增材制造技术，以定制先进金属部件的机械强度和耐久性。

这意味着增材制造不仅仅是一种生产工具，还可能成为一个强大的材料发现与设计平台。