导读：钴基γ′强化高温合金在发电设备和航空航天工业等众多领域显示出巨大的潜力。激光粉末床熔合技术的特点与高温合金强织构或单晶组织的要求相吻合。然而，由于不可避免的再结晶，后热处理工艺往往会破坏打印件的初始组织。在本研究中，我们在打印的Co-5Al-14V (at.%)三元钴基高温合金中获得了强<101>织构，这在镍基高温合金中很难实现。有趣的是，这种<101>织构即使在接近γ′溶剂温度的时效处理后仍保持热稳定。因此，获得了具有均匀分布的γ′(L12)相的<101>织构组织，有利于提高高温蠕变性能。本研究所揭示的独特的微观结构特征，将有利于钴基高温合金的发展，并为其他LPBF制造的高温合金的微观结构工程提供指导。

由于钴基合金的熔点比传统的镍基合金高40°C，因此对高温合金更高工作温度的追求导致了钴基合金的探索。钴基高温合金具有强大的织构或类似单晶的结构，这为其提供了几个优点，包括耐高温蠕变和抗低周疲劳性能的提高。这种强织构或单晶结构可以通过定向凝固等传统制造方法来实现。激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)技术作为最有前途的高质量金属增材制造方法之一，由于激光热源与印刷基材之间的温度梯度，可以直接打印出具有明显柱状晶粒和强烈纹理的部件。

大量研究证明，调整LPBF的工艺参数可以导致纹理变化。面心立方(FCC)的晶体结构呈现沿<100>轴。因此，晶粒的生长方式与它们的<100>取向与热流方向一致。模拟结果表明，与传统镍基高温合金的<001>结构相比，<111>和<101>具有更好的耐高温蠕变性能。同时，实验结果也证明：与<001>织构相比，<111>结构可以提高高温蠕变性能。然而，在高温固溶处理和时效过程后，LPBF制造要保持强烈的织构结构是一个巨大的挑战。由于LPBF过程中极端热循环带来的高位错密度，这些打印过程通常会导致再结晶，导致材料晶体取向的随机化，并破坏固有的首选取向。如图S1所示，在打印的Co-5Al-14V样品中存在高密度位错。最近，我们开发了一种具有高溶剂温度的新型Co - Al - V基高温合金。900℃时Co-Al-V三元体系的等温切面图(图1a)显示，与典型的Co-Al-W三元体系相比，Co-Al-V三元体系的γ/γ′两相组成区域相对较宽。这种广泛的成分范围为添加其他合金元素提供了有利条件，为该系列高温合金的未来发展带来了机遇。在本研究中，我们选择了碱性三元合金Co-5Al-14V (at.%)进行打印并进行了显微组织研究。

我们的研究表明，这种新型钴基高温合金系列可以实现高强度的<101>织构沿建筑方向，这是传统镍基高温合金不易形成的特征。Co-5Al-14V合金在900℃时效24h后，我们发现:尽管该温度接近964°C的γ溶剂温度，但织构仍然非常稳定。利用这种稳定的织构，我们获得了均匀分布的γ′相，同时保留了<101>900°C直接时效，织构取向强。这些发现突出了新型钴基高温合金在LPBF工艺中的独特优势，并强调了它们在LPBF形成的单晶结构发展方面的巨大潜力。

哈尔滨工业大学郑忠教授团队对此进行了研究，相关研究成果以题为“Thermally stable strong <101> texture in additively manufactured cobalt-based superalloys”发表在期刊Scripta Materialia上。

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646223006632

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