摘要：在修复再生领域，激光增材修复是研究的热点和应用的重点，该技术具有绿色、节能等多重特征，充分发挥其价值，有利于创造较高的经济和生态效益。在激光增材修复中应用高熵合金，有利于实现修复再制造与新兴材料的深度融合，不仅能提升原材料利用率，还能保证原材料质量，提升金属材料在实际生产中的应用价值。文章分别介绍了激光增材修复技术与高熵合金的研究应用现状，并对高熵合金在激光增材修复中的研究应用进展进行分析，以供参考。

　　关键词：高熵合金；激光增材修复；合金性能

　　修复再制造产业主要是利用先进技术和特定生产工艺，将废旧产品通过修复和改造生成新产品，或者恢复废旧产品功能的过程，在制造业绿色化发展和生态文明建设过程中发挥着重要作用。增材修复技术主要是利用激光、电弧、电子束等能量源，在待修复区将粉末、丝材等材料熔化后形成冶金结合修复金属部件的一项绿色化再修复技术，根据成型能量源的不同，增材修复可以分为激光增材修复、电弧增材修复、电子束增材修复等多种类型。其中，激光增材修复具有修复速度快、效率高和修复后金属零部件性能优良等特点，在修复再制造领域是研究和应用的重点。

　　1激光增材修复技术研究应用进展

　　激光增材修复技术又称为激光载增材再制造技术，是一项以激光金属沉积技术作为技术的前沿增材修复技术。激光增材修复技术的原理是将实体模型分解转化为一维线条后，利用激光熔覆技术逐一堆积生成若干三维实体零部件的过程。激光增材修复技术和传统的制造技术相比，能节省大量生产时间，在保证产品性能的基础上，能提升产品的产出能力，目前在航空航天、国防、冶金、采矿、交通等领域有着广泛应用。

　　激光增材修复技术最早由美国Sandia国家实验室研发的激光近净成形技术作为基础，该技术在国际上尚未出现统一的名称，但从技术原理来看其普遍被认为是以激光熔覆等技术作为技术，对局部破损的金属零件进行修复的一系列技术手段。国内外对激光增材修复技术的应用由来已久。有学者在针对金属叶片修复的研究中，采用了激光熔覆技术，提出用镍基高温合金修复金属叶片的观点，并通过试验发现相比于传统的TiG涂层，激光熔覆涂层拥有更好的微观组织和更高的强度。1981年，Rolls-Royce公司采用激光熔覆技术对飞机发动机的高压叶片进行了修复，发现修复部位无裂纹、气孔，又良好的结合面，能满足飞机对发动机高压叶片的使用需求。美国某公司在修复航空叶片时用到了激光熔覆技术，随后该技术被广泛应用于金属零件的快速制造和再制造领域，为激光增材修复技术的实际应用提供了理论和实践依据。

　　近年来，中国对激光增材再修复技术的研究和应用取得了巨大进展。国内目前成立了专门的装备再制造技术国防科技重点实验室，该实验室主要对激光增材修复等相关技术进行研究，在大量科研任务的支持下，对激光增材修复相关的工艺、材料等形成了深刻理解，为帮助许多领域应用激光增材技术以及提升激光增材技术应用价值创造了良好条件。在应用激光增材修复技术的过程中，不同金属材料对激光的反射能力较强，吸收能力较低，不同金属材料对同种激光以及同种金属材料对不同激光的吸收率存在差异，具体见表1。

　　2高熵合金的应用研究进展

　　高熵合金是一种极具应用潜力的新型金属材料，2004年首次由Yeh等人研究和报道。目前，国内外大量报道证明了高熵合金具有十分优良的性能，如耐磨性能、抗腐蚀性能、力学性能等。高熵合金一般由五种或五种以上元素以等摩尔比或接近等摩尔比方式组成，其中各种元素的分子数在5%～35%。高熵合金具有特殊的高熵效应，能形成单一的固溶体相，而非复杂的金属间化合物。不过单一结构的高熵合金其强度和塑性怎样实现平衡还面临一定程度的挑战。

　　目前，国内外许多学者都对高熵合金有着比较深入的研究，高熵合金的相形成规律的研究相对成熟。有学者结合国内外的大量报道，提出根据混合焓以及原子尺寸的差异预测高熵合金相形成的观点，部分学者利用参数Ω来预测高熵合金的固溶体形成。相关研究表明，δ和Ω是形成固溶体相的主要因素，当Ω超过1.1时，δ小于6.6%时，可作为固液体相的形成标准，特别是在Ω超过1.1时，合金系统重混合焓的作用低于混合熵，形成固液体相的趋势上升，倘若Ω低于1.1，此时混合焓的作用比混合熵的作用更大，合金可能会形成金属间化合物。不过该标准只适合判断高熵合金能够形成某种固溶体相，如果要预测其能否形成某种晶体结构还存在许多不足。部分学者围绕高熵合金相的结构特征展开了研究，提出研究合金价电子数浓度的观点，发现不同类型的高熵合金的相和价电子数浓度的关系，发现高熵合金容易形成FCC相，在价电子数浓度低于6.87时高熵合金中的BCC比较稳定，位于6.78~8.00这一区间时，高熵合金容易形成BCC+FCC双相结构。

　　目前，大量研究证明了高熵合金具备特有的组分分布特征和优良的力学性能。早期对高熵合金的研究中，认为高熵合金中的元素分布与固溶体模型相符，也就是合金元素原子随机占据晶格点位，形成了一种各种元素均匀分布的固溶体。但多主元合金中的部分元素存在一定差异，如电子亲和力、原子半径、模量等，不同元素之间具有复杂的关系，相互之间会产生一定作用，这种元素分布为完全均匀随机状态的可能性很低。所以开始有许多学者对高熵合金的研究，集中在各元素分布的特殊规律上，特别是各类元素的非均匀分布特征的研究。

　　3高熵合金与激光增材修复的结合应用

　　自高熵合金设计理念提出后，为激光增材修复技术的研究和应用提供了新的思路，越来越多学者开始研究利用高熵合金材料来提升激光增材修复技术的应用效果，通过二者的有机结合，同时发挥激光增材修复技术与高熵合金的价值，提升原材料的综合性能。目前，关于高熵合金在激光增材修复技术的研究主要集中在以下方面。

　　3.1合金元素的选择和含量

　　高熵合金涂层的组织结构比较均匀，能提升材料的耐腐蚀性，此类材料通常由五种以上的元素组成，不同元素组成结构以及各类元素的含量对材料的影响存在差异。在采用激光增材修复技术时应用高熵合金，要考虑不同类型的元素及其含量对高熵合金涂层的影响。目前，国内外研究重点集中主要集中在基于母材合金材料来改变部分元素种类与含量方面。

　　在激光增材修复过程中应用高熵合金，Fe元素在结构上有很强的稳定性，将其应用于高熵合金，并在激光增材修复中使用，可以使FCC相的结构稳定性得到提升，所以在激光增材修复中采用高熵合金时可以添加适量Fe元素，在适量Fe元素的帮助全面改善涂层的综合性能。有学者在第一性原理的基础上研究了Fe元素摩尔含量对FeXAlNiCrMn高熵合金结构的影响，研究发现高熵合金的晶格常数和Fe元素的含量高低有直接关系，在Fe元素含量不断增加后其晶格常数会先减小，在达到一定阈值后开始上升，原有BCC结构相在向FCC结构相转变。Cr和Mo元素能改变高熵合金的微观结构，形成钝化膜抑制阴离子入侵，提高原材料的抗腐蚀性能，提高高熵合金涂层抗腐蚀和抗氧化的能力。有学者研究在Q235钢的表面制备高熵合金涂层时，采用了同步送粉激光熔覆技术，并在高熵合金中添加了适量Mo元素，发现涂层具有较强耐腐蚀性，在3.5%NaCl溶液中高熵合金涂层的综合耐腐蚀性能较强，随着Mo含量增加，高熵合金涂层的腐蚀电位正移，腐蚀电流密度下降，钝化区间变长。还有学者在45号钢表面采用激光熔覆技术制备了不同Cr含量的高熵合金涂层，研究发现涂层组织和腐蚀行为和Cr含量的变化有直接关系，研究发现在0.1mol/L的HCL和3.5%NaCl溶液中，在Cr含量不断增加的过程中，涂层的耐腐蚀性先上升后下降，有一定的标准。高熵合金涂层还有较高弹性模量和硬度，能改善材料的耐磨性。有学者通过对Fe-CoCrNiNbx系列高熵合金涂层进行研究，发现在高熵合金涂层中随着Nb含量的增加，其耐磨性会先增加，在达到一定阈值后随着Nb含量增加耐磨性逐渐下降。有学者研究了利用等离子熔覆设备制备高熵合金涂层，发现在高熵合金涂层中含有大量Cr3Cr1.5SiAlTi0.2高熵合金涂层，该涂层分别在800℃和1100℃时耐磨性与墙段大幅提升，并通过氧化试验发现在高熵合金涂层表面形成了含有Al2O3与Cr2O3的氧化物层。

　　3.2在高熵合金中添加陶瓷材料

　　在激光增材修复中使用高熵合金时，可以将陶瓷材料作为增强相添加到高熵合金中，以此强化高熵合金，提升高熵合金的强度、韧性，满足激光增材修复技术对材料力学性能提出的更高要求，保证材料的耐磨性。国内外许多学者在研究高熵合金用于激光增材修复领域时，明确了在高熵合金中添加陶瓷材料的作用。有学者利用激光熔覆制备高熵合金涂层时，在其中添加了适量WC陶瓷颗粒，研究发现涂层的纤维硬度、磨损性能、耐腐蚀性能均优于未添加陶瓷颗粒的材料。有学者利用激光熔覆设备制备FeCrNiCoBx涂层时，发现涂层以FCC相为主，含有少量膨化物，在陶瓷含量为1.25时膨化物从（Cr，Fe）2B转化为（Fe，Cr）2B，此时涂层的耐腐蚀性下降，但始终高于传统的304L不锈钢。有学者研究激光熔覆原位TiC与TiB2增强铁基涂层对损伤的45钢的再制造，发现对损伤零件的修复可以将陶瓷复合涂层作为候选材料，在熔覆材料中添加陶瓷能提升损伤零件的耐磨性。

　　对于陶瓷颗粒的添加，不但对高熵合金涂层的机械性能进行了改善，同时也对其抗氧化性和热稳定性进行了提高。另外，添加陶瓷颗粒可促进晶粒细化，从而减少其中的缺陷，对材料的疲劳强度和断裂韧性进行提高。随着材料性能要求的逐步提高，会开发新型陶瓷增强相和优化激光熔覆工艺参数，从而对材料性能进行有效的提升。

　　3.3碳氮化合物的应用

　　不同陶瓷材料增强相和高熵合金基体之间在热膨胀系数上存在明显差异性，在添加陶瓷材料后可能影响高熵合金基体和增强相之间结合面的强度，可能引发裂纹等病害，影响激光增材修复技术的应用效果。通过在沉积时发生原位反应生成碳氮化合物通过在沉积时发生原位反应合成碳氮化物等物质，能使上述问题得到有效处理。要想让涂层和基体之间的界面拥有更高强度，还可以采用固溶强化、细晶强化等手段来实现，通过提升涂层的硬度和耐磨性来增强界面性能。有学者在采用激光增材修复技术的过程中，将适量Ti和C等合金粉末加入了高熵合金，并把这些物质当作硬质相的反应前驱体，制成了一种拥有双层结构的涂层。在将合金粉末作为反应前驱体时，部分合金粉末可能会与基本相融合，发挥出强化基本相的作用。

　　4结束语

　　综上所述，激光增材修复技术是修复再生领域的关注和应用重点，具有显著的绿色、环保、节能等价值，具有较强的经济效益和生态效益。在激光增材修复中应用高熵合金，目前的研究主要集中在调节高熵合金涂层的成分和部分成分的含量上，通过改善涂层综合性能的方式来提升激光增材修复技术的应用效果。从高熵合金在激光增材修复中的应用研究现状和研究进展来看，如何提升或改善高熵合金的性能是目前应用该合金材料的关键，而高熵合金的性能是决定激光增材修复效果、材料利用率的主要因素，研究解决高熵合金性能的问题，有利于提升激光增材修复的应用价值。

　　在进行激光增材修复时，需要对粉末供给速率、扫描速度等参数进行准确控制，从而有效促进Ti和C合金粉末与高熵合金基体之间的原位反应，进而生成分布均匀的碳氮化合物硬质相。其不仅能对涂层的耐磨性和整体硬度进行提高，同时也能够对界面的抗裂纹扩展能力进行增强。除此之外，通过对涂层结构的优化，可对其综合性能进行提高。从目前的情况来看，在汽车制造和航空航天等领域中对这一策略的应用有着十分广泛的前景，尤其是在需要高温稳定性和高耐磨性的关键部位修复过程中，通过材料设计优化和工艺创新，能进一步提升金属部件修复的可靠性和高效性。

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