激光快速成型技術(shù)生產(chǎn)出的高熵合金強度更高、更不易斷裂。研究人員通過將幾種金屬元素結(jié)合在一起，制造出一種名為耐用高熵合金（HEAs）的材料。HEAs 在涉及嚴(yán)重磨損、極端溫度、輻射和高應(yīng)力的應(yīng)用中具有潛在用途。

它們可以通過3D打印（也稱為增材制造AM）制造，但這通常會導(dǎo)致延展性較差。這意味著3D打印的HEA難以成型，在負載作用下不會產(chǎn)生足夠的變形或拉伸，從而無法防止斷裂。

現(xiàn)在，科學(xué)家們利用基于激光的AM技術(shù)制造出了強度更高、延展性更好的HEA。他們利用中子和X射線散射以及電子顯微鏡來更好地了解這些性能改進的機理。

有朝一日，工業(yè)生產(chǎn)中可能會用到更堅固、更易成形的 HEA。為了在這些應(yīng)用中發(fā)揮作用，輕型和復(fù)雜的 HEA 部件需要提高耐用性、可靠性和抗斷裂性。

這將使消費者和工業(yè)界受益，例如可以生產(chǎn)出更安全、更省油的汽車、更堅固的產(chǎn)品和更耐用的機械。此外，基于激光的 AM（激光將粉末合金熔化成固體金屬形狀）具有很高的能效。這使其對生產(chǎn)新型 HEA 具有吸引力。

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通過快速成型技術(shù)制造的高熵合金（左）中發(fā)現(xiàn)的兩種晶體結(jié)構(gòu)（右）的圖像。

納米薄片結(jié)構(gòu)和機械性能

基于激光的增材制造工藝制造出了納米厚的納米薄板（薄板層），具有很高的強度，而薄板的明顯邊緣允許一定程度的滑動（延展性）。板由平均厚度約為 150 納米的面心立方（FCC）晶體結(jié)構(gòu)和平均厚度約為 65 納米的體心立方（BCC）晶體結(jié)構(gòu)交替層組成。

新型 HEA 的屈服強度高達約 1.3 千兆帕，超過了目前強度最高的鈦合金。這些 HEA 還具有約 14% 的伸長率，高于具有相同屈服強度的其他 AM 金屬合金。伸長率是衡量材料在不斷裂的情況下可承受的彎曲程度的指標(biāo)。

先進的研究技術(shù)和設(shè)施

中子數(shù)據(jù)來自位于橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的能源部（DOE）科學(xué)辦公室用戶設(shè)施 Spallation 中子源，研究人員利用這些數(shù)據(jù)可以檢查 HEA 樣品在應(yīng)變時的內(nèi)部機械負載分擔(dān)情況。

研究人員利用同樣位于橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的能源部用戶設(shè)施--納米材料科學(xué)中心（Center for Nanophase Materials Sciences）的原子探針儀器，捕捉到了由交替的納米薄片層組成的成分和微結(jié)構(gòu)的詳細三維圖像。

在阿貢國家實驗室的另一個能源部科學(xué)辦公室用戶設(shè)施--先進光子源，研究人員利用 X 射線衍射對不同退火樣品的相進行了研究。