Double-phase refractory medium entropy alloy NbMoTi via selective laser melting (SLM) additive manufacturing

Yinan Chen a, Bo Li

本篇論文介紹了利用激光選區熔化（SLM）技術，成功制造出雙相難熔中熵合金NbMoTi。

由于其高熔點，單一BCC相元素金屬的制造難度大，同時單一相元素金屬的性質單一，限制了合金的性能。因此，本研究探討Nb、Mo和混合MoNbTi粉末的成型分析，FLOW-3D模擬首次成功證明了，利用激光加工可以從粉末混合物中原位合金化生產MoNbTi中熵合金。通過數值仿真優化制造參數，從而縮短流程設計周期。此外，本研究分析了非平衡固化過程中MoNbTi合金樣品的雙相微觀結構。

金屬材料規格如下。

實驗方式

1. 將Nb、Mo和Ti粉末混合，并通過三維粉末混合機進行攪拌36小時，得到混合粉末。
2. 通過數值模擬（FLOW-3D）確定優化的加工參數，如激光功率、掃描速度、掃描間距和層厚等。
3. 以SLM技術制備出Nb、Mo和NbMoTi高熵合金樣品，并使用阿基米德測量法測量了它們的密度。

實驗結果表明，經過優化的加工參數可以成功制備出高密度的Nb、Mo和NbMoTi高熵合金樣品。

參數設計

以FLOW-3D進行數值模擬來確認加工參數。通過改變掃描速度、掃描間距和層厚等參數，模擬出不同參數下元素Nb的熔池變化情況。當掃描速度降低時，熔池的幾何尺寸增加，熔池的液面下降。在速度為300mm/s時，熔池的瞬時最高溫度為4261K，且成功完成SLM成形。當速度下降到200mm/s時，液面凹陷，成形效果較差。

微觀組織分析

以EBSD對SLM制造的單相BCC晶體結構的元素Nb樣品的微觀結構進行表征。結果顯示，樣品中存在典型的柱狀晶，在平行于BD方向的平面上，柱狀晶的尺寸達到30×500μm，在垂直于BD方向的平面上，等效圓直徑小于120μm，平均值為41μm。Mo樣品的EBSD圖像與Nb樣品高度相似，因此本部分僅討論SLM制造的Mo樣品的晶粒尺寸，其晶粒尺寸相對均勻且小于Nb樣品。

討論

本研究介紹如何利用數值模擬設計SLM加工參數，并且以EBSD顯示SLM加工工件的微觀組織。

本研究成功設計了Mo和NbMoTi合金的參數，并且證明數值模擬結果可以協助開發新合金的SLM參數設計，克服了設計高熵合金參數的困難。