《Materials & Design》：铸态共晶高熵合金的焊接性能研究！

近些年，高熵合金因其独特的热力学性能，使其成为各种工程结构部件的潜在候选者。焊接作为结构应用中的关键制造工艺，可从简单的整体部件中创造出形状复杂的结构，也可用于连接具有不同性能的材料。

到目前为止，对AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金的研究主要集中在它们的铸造或热处理状态，研究它们的制备过程和由此产生的性能。关于共晶 AlCoCrFeNi _2.1合金可加工性的知识体系缺乏对使用钨极气体保护焊的材料可焊性的理解，这是一种适用于航空航天和油气领域等多个行业的低成本焊接工艺。

近期，来自葡萄牙里斯本新大学等单位的研究人员成功地获得了无缺陷共晶高熵合金合金焊接接头。采用电子显微镜、高能同步辐射X 射线衍射、力学性能评定和热力学计算等方法，对焊接接头的组织演变进行了评定和合理化分析，进一步证实了这种基于熔焊的焊接工艺具有加入这些现金工程合金的潜力。相关论文以题为 “Gas tungsten arc welding of as-cast AlCoCrFeNi2.1 eutectic high entropy alloy” 发表在Materials & Design。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111176

商业上的纯Al、Co、Cr、Fe、Ni（Al、Co和Ni为99.9wt%，Cr和Fe为99.5wt%）被用来铸造本工作中使用的AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金母材。铸造采用真空感应熔炼，铸锭被多次重熔以确保良好的化学均匀性。待焊接的板材尺寸为74 × 25 × 1.5 mm3。

焊接后通过放电加工获得用于微观结构和机械特性的样品。微观结构表征包括电子显微镜和高能同步加速器 X 射线衍射。ThermoCalc被用于热力学计算以预测焊接接头熔合区的凝固路径以及元素分配。对于机械性能研究，使用了显微硬度测试以及数字图像相关辅助的拉伸实试验。

图1. 光学显微镜下AlCoCrFe2.1焊接接头的显微照片：a）焊缝横截面概述；b）和e），c）和f），d）和g）分别是母材（BM）），热影响区和熔合区附近边界（HAZ/FZ），以及熔合区（FZ）的放大显微图。

图2. AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金焊接接头的电子背散射衍射图像。

图3. AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金接头的单个同步辐射X射线衍射图案：a）基材（BM）；b）基材附近的热影响区（HAZ1）；c）熔合区附近的热影响区（HAZ2）和d）熔合区（FZ）。

图4. 使用ThermoCalc（TCHEA 5.1数据库）进行Scheil-Gulliver凝固途径计算，考虑到：a）名义合金成分；b）熔合区成分。

图5：a）整个焊接接头的显微硬度图；b）在焊点中间高度获得的显微硬度曲线（黑色虚线穿过a）的硬度图。

图6. 从数字图像相关测量中得到的不同区域的拉伸曲线：母材（蓝线），热影响区（黑线）和熔合区（红线）。

综上，结果表明, 钨极气体保护焊能够成功地产生全熔透及无缺陷的焊接接头，这表明这种基于熔合的焊接工艺具有加入这些先进工程合金的潜力。