據(jù)悉，本文為《Advanced Materials》頂刊綜述的第三部分，主要介紹3D打印的HEA產(chǎn)品的性能和展望。

簡(jiǎn)介：

得益于采用傳統(tǒng)制造工藝進(jìn)行高熵合金（HEAs）的成功制造并用于各種不同的場(chǎng)合，3D打印HEAs的發(fā)展在近年來(lái)也得到了飛速發(fā)展。3D打印HEAs為制造形狀復(fù)雜，性能優(yōu)異的HEA提供了無(wú)限可能，由此促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)一步應(yīng)用。在這里，3D打印HEAs在近年來(lái)的綜合的綜述在本文中進(jìn)行了展現(xiàn)，主要包括粉末的制備，打印工藝，顯微組織，性能以及潛在的應(yīng)用等。文章從3D打印和HEAs的基本知識(shí)開(kāi)篇，接著是3D打印HEAs產(chǎn)品的獨(dú)特性能。HEAs粉末的工藝發(fā)展，包括氣霧化，水霧化以及機(jī)械合金化和粉末的性能均進(jìn)行了介紹。因此，典型的HEAs的3D打印產(chǎn)品，即，直接能量沉積（DED）和選擇性粉末熔化（SLM，EBM），均基于相組成，晶體結(jié)構(gòu)特征，機(jī)械性能，功能以及潛在的應(yīng)用，尤其是在航空，能源，模具和工具行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。最后，對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向也進(jìn)行了介紹。

3.1 機(jī)械性能

考慮服役質(zhì)量和耐久性，最終產(chǎn)品的機(jī)械性能是決定3D打印的產(chǎn)品能否代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制造工藝制造的高熵合金而應(yīng)用的最為重要的因素。相是決定HEA產(chǎn)品機(jī)械性能的關(guān)鍵。例如，BCC為基礎(chǔ)的HEAs產(chǎn)品呈現(xiàn)出較高的強(qiáng)度和有限的塑性，而FCC為基礎(chǔ)的HEA產(chǎn)品具有較低的屈服強(qiáng)度和超級(jí)的塑性。綜合深入的額理解3D打印HEA產(chǎn)品的機(jī)械性能貫穿HEA產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和成分以及潛在的應(yīng)用的整個(gè)過(guò)程。

3D打印HEA產(chǎn)品呈現(xiàn)的顯微硬度一般在195到860 Hv之間變化，如圖1所示。打印的HEA產(chǎn)品在具有FCC相的時(shí)候，諸如CoCrFeNi, CoCrFeMnNi 和 Al0.5CoCrFeNi，具有的硬度較低，低于BCC相的HEA產(chǎn)品。尤其是，WTaNbMo難熔HEA產(chǎn)品所具有的BCC相具有超級(jí)高的硬度，這一巨大的原子引入導(dǎo)致嚴(yán)重的晶格錯(cuò)配。注意到這里DED，SLM和EBM打印的AlCoCrFeNi HEA 產(chǎn)品的顯微硬度并沒(méi)有顯著的差別。然而，3D打印的 AlCoCrFeNi, CoCrFeMnNi 和 TiZrNbHfTa產(chǎn)品具有的顯微硬度比采用鑄造方式得到的和粉末冶金得到的同類(lèi)產(chǎn)品的要高，這是由于殘余應(yīng)力，硬質(zhì)相和晶粒細(xì)化所造成。Zhang等人發(fā)現(xiàn)SLM打印的 AlCoCuFeNi HEA 產(chǎn)品的顯微硬度在900–1000 °C的范圍內(nèi)進(jìn)行退火后顯微硬度有下降。在退火后得到的巨大的晶粒和自BCC基材中析出FCC相是這一硬度降低的原因。

▲圖1. 3D打印的HEA產(chǎn)品的顯微硬度分布圖，典型的HEA相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品時(shí)采用傳統(tǒng)的制造工藝進(jìn)行制造的進(jìn)行對(duì)比研究

圖2為打印的產(chǎn)品的強(qiáng)度-韌性之間的關(guān)系圖。強(qiáng)度和延伸率之間的寬廣范圍取決于HEA的成分，而不是每一產(chǎn)品的打印參數(shù)。HEA呈現(xiàn)出不同的屈服強(qiáng)度，自FCC為基礎(chǔ)的194MPa向BCC為基礎(chǔ)的產(chǎn)品的773 MPa進(jìn)行變化。SLM打印的HEA產(chǎn)品呈現(xiàn)出的屈服強(qiáng)度比EBM打印的要高，這是因?yàn)榫Я＜?xì)化，成分分布均勻，且沒(méi)有金屬間化合物相析出所造成的。額外的延伸且伴隨著提高的打印的AlCoCrFeNi和 CoCrFeMnNi HEA產(chǎn)品顯示出強(qiáng)度-韌性之間的協(xié)同，這一性能比傳統(tǒng)的制造工藝要高。

▲圖2. 3D打印的HEA產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度和延伸率之間的總結(jié)圖

同鑄造工藝相比較，DED和PBF工藝呈現(xiàn)出一個(gè)顯著的溶質(zhì)捕集效應(yīng)和最大程度減少了元素的偏析，這是因?yàn)樗麄兊娜鄢爻叽绫容^小以及冷卻速率比較快，從而提高了其機(jī)械性能。HEA產(chǎn)品的強(qiáng)化策略歸因于晶界強(qiáng)化，析出強(qiáng)化，固溶強(qiáng)化以及應(yīng)變強(qiáng)化等。Zhou等人的研究顯示了在采用SLM技術(shù)進(jìn)行Al0.5FeCoCrNi HEA產(chǎn)品的打印的時(shí)候得到的屈服強(qiáng)度比采用鑄造工藝得到的產(chǎn)品要高73.4%，這是因?yàn)榫Ы缱璧K了位錯(cuò)的移動(dòng)。屈服強(qiáng)度同晶粒細(xì)化有關(guān)，依據(jù) Hall–Petch 公式: σy = σ0 + k/d1/2, 此處的 σy 為屈服強(qiáng)度, σ0 在沒(méi)有晶界的時(shí)候的摩擦應(yīng)力, k是一個(gè)常數(shù)， d 是晶粒尺寸。Li等人得到了析出的σ相和在SLM打印的 CoCrFeMnNi HEA 產(chǎn)品中的納米孿生，這是在以前的鑄造或變形產(chǎn)品中所沒(méi)有觀察到的，這有利于提高機(jī)械性能。Zhu等人提出了一個(gè)有益的HEA產(chǎn)品的延伸率，自穩(wěn)定的應(yīng)變能力在高應(yīng)力水平中得到，通過(guò)復(fù)雜的位錯(cuò)，在大量的滑移帶和晶粒結(jié)果之間的相互作用而維持。

此外，應(yīng)變強(qiáng)化導(dǎo)致打印的HEA產(chǎn)品在拉伸和壓縮性質(zhì)之間存在非對(duì)稱(chēng)性。Joseph等人發(fā)展了DED打印的 Al0.3CoCrFeNi產(chǎn)品的應(yīng)變硬化速率和韌性之間的顯著的非對(duì)稱(chēng)性，見(jiàn)圖3所示。據(jù)證實(shí)，HEA所發(fā)展的 Σ3孿生可以適應(yīng)大量的應(yīng)變沿著〈001〉方向，當(dāng)壓縮在一個(gè)臨界的的應(yīng)變水平的時(shí)候。在拉伸時(shí)的孿生缺失顯示了最小的應(yīng)力并不足以用于初始的孿生。細(xì)小的壓縮孿生的逐漸形成增加了應(yīng)力的流動(dòng)，這是兩個(gè)因數(shù)造成的，一個(gè)是晶粒的細(xì)化造成的孿生在大角度邊界的明顯的晶粒和其他的全部位錯(cuò)密度的增加，這提供了在壓縮時(shí)HEA產(chǎn)品的獨(dú)特的高應(yīng)變速率?！?01〉方向的方位適宜在壓縮下的孿生，但在拉伸時(shí)的孿生方向不適宜。高的和可持續(xù)的工作硬化速率會(huì)得到，在方位促進(jìn)變形孿生在壓縮時(shí)而不是拉伸時(shí)的結(jié)果。拉伸和壓縮的不對(duì)稱(chēng)可以在Kuwabara等人的研究中觀察到。

圖3. (a–f) DED打印的 Al0.3CoCrFeNi HEA產(chǎn)品在不同的應(yīng)變水平下進(jìn)行壓縮和拉伸時(shí)的EBSD圖，邊界在5° 范圍內(nèi)的孿生方向采用黃色給予了高亮顯示

組成的成分，工藝狀態(tài)和工作溫度是決定3D打印的HEA產(chǎn)品的機(jī)械性能的重要因數(shù)。額外的元素添加到現(xiàn)有的HEA中也許會(huì)細(xì)化其顯微組織和促進(jìn)析出相的形成并實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化效應(yīng)。Wu等人進(jìn)一步的解釋了這一強(qiáng)化效應(yīng)是位錯(cuò)網(wǎng)強(qiáng)化和納米尺寸碳化物強(qiáng)化的綜合結(jié)果。Zhou等人提供了一個(gè)額外添加碳來(lái)導(dǎo)致了SLM打印的 CoCrFeNi HEA產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度得到了提高。Luo等人發(fā)展了一個(gè)無(wú)Co的AlCrCuFeNi HEA產(chǎn)品并采用SLM技術(shù)進(jìn)行了制造，并研究了其壓縮性能的各向異性。HEA產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)度和韌性垂直于制造方向時(shí)高于平行于制造方向的結(jié)果，這歸因于晶粒特征的各向異性。在垂直方向，晶粒擇優(yōu)的沿著〈100〉方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，促進(jìn)了其韌性的增加，富集Cu的納米尺度的析出相的大量的在晶界析出造成斷裂強(qiáng)度的增加。

至于工藝狀態(tài)，優(yōu)化能量密度會(huì)導(dǎo)致相對(duì)密度的增加，晶粒學(xué)方向的改變，晶粒尺寸的減小和打印的HEA產(chǎn)品的機(jī)械性能的提高。此外，熱處理也經(jīng)常用來(lái)提高HEA產(chǎn)品的機(jī)械性能，其提高的手段是移除了不同的缺陷和釋放了DED和SLM打印HEA產(chǎn)品過(guò)程中的殘余應(yīng)力。退火也可以有效促進(jìn)再結(jié)晶和減少殘余應(yīng)力。在Zhang等人的研究中，SLM打印的AlCoCuFeNi HEA產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)度和塑性應(yīng)變會(huì)得到提高，但他們的壓縮屈服強(qiáng)度在退火后減少了47%。一個(gè)相類(lèi)似的屈服強(qiáng)度的減少在退火SLM打印的CoCrFeNi 和DED打印的CoCrFeMnNi產(chǎn)品中也被觀察到。熱處理也會(huì)帶來(lái)打印的HEA產(chǎn)品的晶粒粗大問(wèn)題。晶粒粗大和拉伸殘余應(yīng)力的釋放對(duì)HEA產(chǎn)品的拉伸應(yīng)力的影響是相互作用的，相對(duì)來(lái)說(shuō)，比較復(fù)雜。

熱等靜壓（HIP）技術(shù)可以用來(lái)致密化HEA產(chǎn)品和粗大化晶粒和析出相。Joseph等人發(fā)現(xiàn)HIP誘導(dǎo)的顯微組織粗化，促進(jìn)元素均勻化和導(dǎo)致DED打印的 Al0.3CoCrFeNi 產(chǎn)品的機(jī)械性能的提高。打印的產(chǎn)品的致密度可以達(dá)到99.4%，在HIP之后可以增加到99.5%。HIP被發(fā)現(xiàn)會(huì)存在少量的大尺寸的氣孔，其尺寸在打印的產(chǎn)品中大于 5?μm的時(shí)候，HIP之后的致密度會(huì)顯著的增加。然而，Al0.85CoCrFeNi HEA產(chǎn)品的其他機(jī)械性能卻會(huì)由于形成 σ相而折中，這會(huì)誘導(dǎo)在拉伸和壓縮的條件下的脆性的斷裂，以及在晶界處硬質(zhì)的BCC相的粗大化。晶界處晶粒的粗大顆粒在HIP HEA打印的產(chǎn)品的時(shí)候會(huì)造成塑性的損失。相似的研究工作，Li等人采用SLM技術(shù)打印的CoCrFeMnNi產(chǎn)品，在HIP之后，獲得了8%的提高的拉伸強(qiáng)度，但延伸率卻下降了49%。

3D打印的HEA產(chǎn)品在HIP處理和退火處理之后的反應(yīng)幾乎同傳統(tǒng)制造的產(chǎn)品相似。例如，DED打印的AlCoCrFeNi HEA產(chǎn)品在HIP之后，呈現(xiàn)出晶粒粗大，化學(xué)元素均勻和殘余應(yīng)力得到釋放，這一結(jié)果同HIP處理鑄造的AlCoCrFeNi 產(chǎn)品相類(lèi)似。HIP和退火處理會(huì)導(dǎo)致打印的HEA產(chǎn)品的σ相的析出，這一現(xiàn)象在鑄造的相同成分的產(chǎn)品的時(shí)候也曾經(jīng)被報(bào)道過(guò)。

固溶處理對(duì)提高打印的HEA產(chǎn)品的強(qiáng)度是有利的。Fujieda等人研究了水淬火和空氣冷卻對(duì)采用SLM和EBM進(jìn)行打印的Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5Mo0.1產(chǎn)品的機(jī)械性能的影響。這兩種方法均對(duì)提高極限拉伸強(qiáng)度是有幫助的，見(jiàn)圖4a所示。晶粒尺寸的差異不能完全揭示屈服強(qiáng)度的變化，這是因?yàn)樗彩艿嚼鋮s狀態(tài)的影響，見(jiàn)圖4b。發(fā)現(xiàn)屈服強(qiáng)度的增加同產(chǎn)品 的半徑的平方根成和析出的有序的富集(Ni, Ti)的體積分?jǐn)?shù)成比例。因此，打印的HEA產(chǎn)品固溶處理之后的屈服強(qiáng)度強(qiáng)烈的依賴(lài)于有序粒子的析出形貌，它作為位錯(cuò)移動(dòng)的較弱的障礙而存在。

▲圖4 采用SLM和EBM打印的Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5Mo0.1 HEA產(chǎn)品，在采用水淬火和空氣冷卻進(jìn)行固溶后，其機(jī)械性能的比較：（a）拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（b）屈服強(qiáng)度和晶粒尺寸（d：平均晶粒枝晶）之間的關(guān)系；（c）有序顆粒的尺寸和體積分?jǐn)?shù)同屈服強(qiáng)度的關(guān)系：(f: 有序顆粒的體積分?jǐn)?shù)，r:有序顆粒的半徑).

Chew等人評(píng)估了DED打印的CoCrFeMnNi HEA 產(chǎn)品在不同的溫度：?130, 0和 25 °C下的拉伸強(qiáng)度。當(dāng)溫度下降的時(shí)候，產(chǎn)品呈現(xiàn)出拉伸強(qiáng)度同步上升的趨勢(shì)，極限屈服強(qiáng)度和延伸率也是如此，見(jiàn)圖5a所示，穩(wěn)定的加工硬化行為，見(jiàn)圖5b所示，以及由于核平均取向錯(cuò)位（kernel average misorientation，簡(jiǎn)寫(xiě)為KAM）的增加導(dǎo)致位錯(cuò)密度的增加，見(jiàn)圖5c所示。對(duì)于產(chǎn)品在?130 °C時(shí)的斷裂，其KAM數(shù)值可以達(dá)到高達(dá)3°，表明了顯著的位錯(cuò)俘獲。在圖5d中的藍(lán)色和紅色線分別表示的是晶界處的大角度和變形孿晶。HEA產(chǎn)品在?130 °C條件下的變形孿晶的形成對(duì)穩(wěn)定的應(yīng)變硬化有幫助，這提高了其延伸率。在同一打印的HEA產(chǎn)品中，相類(lèi)似的性能的提高在Xiang等人的工作中得到證實(shí)，其屈服強(qiáng)度，極限拉伸強(qiáng)度和韌性分別提高了39%, 64%和 73% ，其條件為溫度從293下降到77 K。位錯(cuò)和變形誘導(dǎo)的孿生之間的相互作用機(jī)理對(duì)位錯(cuò)的連續(xù)積累促進(jìn)了加工硬化速率和促進(jìn)了HEA產(chǎn)品在低溫條件下的良好的拉伸性能。

▲圖5.（a）DED打印的CoCrFeMnNi HEA產(chǎn)品在溫度分別為：25, 0和 ?130 °C拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（b）在溫度為25, 0和 ?130 °C時(shí)的應(yīng)變硬化曲線的變形；（c）KAM的分布；（d）晶界圖顯示了變形孿生在?130 °C時(shí)的結(jié)果，其中藍(lán)色的線和紅色的線分別表示的是高角度晶界和變形孿生。白色的箭頭表示的是拉伸的軸向。

3.2 功能性能

目前關(guān)于3D打印的HEA產(chǎn)品的功能性質(zhì)的應(yīng)用也越發(fā)的感興趣，包括腐蝕性能，磁性能以及氫儲(chǔ)藏性能等。HEA產(chǎn)品中的優(yōu)異的性能和感興趣的現(xiàn)象是吸引人們注意的主要方向，值得我們?nèi)睦碚撋虾蛻?yīng)用為導(dǎo)向的方向上去深入的探究。

HEA產(chǎn)品據(jù)報(bào)道會(huì)呈現(xiàn)出比傳統(tǒng)合金更為優(yōu)異的腐蝕性能。耐腐蝕元素的濃度和分布，相變，元素的偏析決定著HEA產(chǎn)品的腐蝕性能。Fujieda等人研究了固溶處理對(duì)采用EBM和SLM打印的 Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5Mo0.1產(chǎn)品的腐蝕性能的影響。圖6a 顯示的即為沒(méi)有進(jìn)行熱處理的EBM打印的產(chǎn)品的動(dòng)電位極化曲線。產(chǎn)品的點(diǎn)蝕電位在固溶處理之后得到提高。處理之后的HEA產(chǎn)品具有高強(qiáng)度和高的點(diǎn)蝕電位，這些性能優(yōu)于應(yīng)用于苛刻的腐蝕環(huán)境中傳統(tǒng)的合金，見(jiàn)圖6b所示。比較有害的是，SLM打印的HEA產(chǎn)品的點(diǎn)蝕性能在水淬火之后會(huì)增加，見(jiàn)圖6c所示，造成金屬間化合物的消除。然而，空氣冷卻降低了點(diǎn)蝕性能，這歸因于大尺寸的有序顆粒在貧Cr區(qū)域中的形成。

▲圖6. 采用EBM和SLM打印的 Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5Mo0.1 HEA產(chǎn)品在固溶處理之后的腐蝕性能：（a）EBM打印的HEA產(chǎn)品在固溶處理前后的動(dòng)電位極化曲線；（b）打印的HEA產(chǎn)品和傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品之間的拉伸強(qiáng)度和點(diǎn)蝕性能之間的比較；（c）SLM打印的HEA產(chǎn)品的動(dòng)電位極化曲線；（d）有序顆粒的尺寸和體積分?jǐn)?shù)對(duì)固溶處理的HEA產(chǎn)品的影響；(f: 有序的顆粒的體積分?jǐn)?shù)；r:有序顆的半徑 ）

圖6d 顯示的為有序顆粒的尺寸和體積分?jǐn)?shù)對(duì)處理之后的HEA產(chǎn)品的點(diǎn)腐蝕性能的影響。點(diǎn)腐蝕電位同有序顆粒的半徑和體積分?jǐn)?shù)成反比例，顯示了點(diǎn)腐蝕抗力將會(huì)隨著有序顆粒數(shù)量的增加而降低。固溶處理對(duì)EBM打印的HEA產(chǎn)品的有效性比SLM打印的相同類(lèi)的產(chǎn)品要更加有效。

Sarswat等人實(shí)施了一個(gè)比較研究，對(duì)比了采用SLM打印的AlCoFeNiTiVZr, AlCoFeNiSm0.05TiV0.95Zr, AlCoFeNiV0.9Sm0.1 和 AlCoFeNiSm0.1TiV0.9 HEA產(chǎn)品的腐蝕性能。Zr為基礎(chǔ)的HEA產(chǎn)品呈現(xiàn)出的腐蝕性能比不含Zr的HEA產(chǎn)品要好，這是因?yàn)楹琙r的產(chǎn)品具有較高的腐蝕電動(dòng)勢(shì)和較低的腐蝕電流密度。此外，打印的AlCoFeNiTiSm0.1V0.9 和 AlCoFeNiSm0.1V0.9產(chǎn)品的腐蝕行為也進(jìn)行了報(bào)道。這些產(chǎn)品在較高的溫度下且具有腐蝕性氣體的條件下進(jìn)行了測(cè)試并顯示出優(yōu)異的腐蝕抗力，表明了其潛在的可以應(yīng)用在苛刻環(huán)境中的巨大潛力。Wang等人評(píng)估了DED打印的AlCoCrFeNi HEA產(chǎn)品在不同溫度下的腐蝕抗力。產(chǎn)品在1200 °C時(shí)效時(shí)呈現(xiàn)出的腐蝕性能比在 800和 1000 °C時(shí)時(shí)效的腐蝕抗力要好，這是因?yàn)镕CC析出相的不同尺寸造成的。

Kuwubawa等人揭示了EBM打印的AlCoCrFeNi HEA 的腐蝕性能比同類(lèi)產(chǎn)品在采用鑄造工藝制造時(shí)要差，顯示出他們之間的腐蝕形貌不同。鑄造的 AlCoCrFeNi 產(chǎn)品呈現(xiàn)出多晶形態(tài)的條帶，該條帶顯示出其晶粒的方位，見(jiàn)圖7a所示，小的點(diǎn)腐蝕坑在晶粒邊界觀察到，且具有殘余的島狀區(qū)域，見(jiàn)圖7b。相反，EBM打印的AlCoCrFeNi產(chǎn)品的點(diǎn)腐蝕呈現(xiàn)出網(wǎng)格的空洞，見(jiàn)圖7c所示，分布在BCC和BoxB2相的界面處，見(jiàn)圖7d所示。

▲圖7. EBM打印和采用鑄造工藝制造的 AlCoCrFeNi HEA產(chǎn)品的腐蝕形貌：a,b) 鑄造的產(chǎn)品；c,d) EBM打印的產(chǎn)品

點(diǎn)腐蝕的開(kāi)始和溶解在貧Cr的區(qū)域中擇優(yōu)的觀察到，提供了局部點(diǎn)腐蝕發(fā)生的場(chǎng)所。貧Cr區(qū)域在鑄造的 AlCoCrFeNi產(chǎn)品的晶粒邊界周?chē)纬桑贓BM打印的產(chǎn)品的黑色區(qū)域的邊緣發(fā)生。Cl離子在電解質(zhì)溶液中嚴(yán)重的腐蝕富集（Al，Ni）的B2相，而富集（Fe，Cr）的FCC相幾乎不受腐蝕。B2相的腐蝕參考可以初步的促進(jìn)FCC析出相和B2基材之間的電偶腐蝕。不同的電位的差別為貧Cr的B2基材的溶解提供了驅(qū)動(dòng)力。

含Co，F(xiàn)e和Ni元素的HEA產(chǎn)品一般來(lái)說(shuō)具有電磁波吸收和磁性性能。3D打印的HEA產(chǎn)品成分和顯微組織的耦合可以顯著的影響其磁行為和磁性能。Borkar等人評(píng)估了DED打印的AlCoxCr1?xFeNi HEA產(chǎn)品在不同的Co含量時(shí)的磁性能，見(jiàn)圖8所示。HEA產(chǎn)品的磁飽和強(qiáng)烈的依賴(lài)于成分而不是顯微組織。當(dāng)Co含量降低的時(shí)候，它從117.8 降低到 18.48 emu g?1 ，這是因?yàn)镃o的鐵磁本性造成的以及Cr的反鐵磁本性所造成的。增加Cr的含量，會(huì)減少Fe，Ni和Co之間的鐵磁性之間的相互作用，造成鐵磁向順磁轉(zhuǎn)變的溫度降低，見(jiàn)圖8a所示。相反，產(chǎn)品的矯頑磁力強(qiáng)烈的取決于顯微組織，見(jiàn)圖8b所示。嚴(yán)重的BCC基材的旋節(jié)分解影響磁性的釘扎主導(dǎo)和矯頑磁力。發(fā)展好的旋節(jié)分解B2+BCC相呈現(xiàn)出高的矯頑磁力，這是因?yàn)樗南噙吔缱鳛獒斣恢?。此外，B2和BCC相之間的晶格參數(shù)的不同也造成相干應(yīng)力，從而以相反的元素磁方位在外部磁場(chǎng)作用下相對(duì)抗。

▲圖8. DED打印的 AlCoxCr1?xFeNi HEA 產(chǎn)品的磁性能：（a）磁化M隨著施加的磁場(chǎng)H變化時(shí)在300 K的結(jié)果；（b）磁飽和Ms和矯頑力隨著Co濃度變化的結(jié)果；（c）磁飽和隨著溫度變化在磁場(chǎng)為0.1T時(shí)，在溫度自室溫變化到973 K時(shí)的結(jié)果，（d）不同的Tc隨著Co濃度變化的結(jié)果

圖8顯示的為溫度隨著磁化性能的變化，施加的外場(chǎng)為1000 Oe，而圖8d揭示的是居里溫度Tc隨著Co含量的變化情況。Tc的減少同均值場(chǎng)模型Tc = Jeff(r)ZTS(S + 1)/3kB相關(guān)，而Jeff(r) 是有效的相互交換的作用，ZT為同步數(shù)，S是原子雜化的量子數(shù)，Kb是Boltzmenn常數(shù)，由于Cr的反磁性有序的效應(yīng)，HEA的有效的相互交換的作用隨著Cr含量的降低而增加。

HEA產(chǎn)品也可以用來(lái)作為儲(chǔ)氫材料，這是因?yàn)樗哂休^高的儲(chǔ)氫能力，高的吸收和釋放能力以及較低的使用成本。Kunce等人實(shí)施了一系列的研究，利用DED打印的HEA產(chǎn)品進(jìn)行儲(chǔ)氫研究。打印的HEA產(chǎn)品，包括LaNiFeVMn, TiZrNbMoV,和ZrTiVCrFeNi，其儲(chǔ)氫曲線和氫的吸收-釋放曲線見(jiàn)圖9所示?；罨腍EA可以吸收更多的氫和呈現(xiàn)出在吸收氫之前只需要較短的孕育期。如圖9a所示，LaNiFeVMn HEA最大的儲(chǔ)氫能力同La的原子含量相關(guān)。尤其是，氫溶解在σ‐相中且具有較低的La含量的時(shí)候可以作為氫的捕獲陷阱和由此降低HEA產(chǎn)品的有效的氫擴(kuò)散系數(shù)。此外，HEA產(chǎn)品呈現(xiàn)出不同的氫吸收和釋放平衡壓力，見(jiàn)圖9b所示。元素的分離強(qiáng)烈的影響著平衡壓力，這是因?yàn)槠渚Ц竦呐蛎洸煌M(jìn)一步的研究還是必須 的，需要揭示其機(jī)理。

▲圖9. DED打印的HEA產(chǎn)品的儲(chǔ)氫性能：（a) LaNiFeVMn產(chǎn)品在35 °C 之后在活化之后的儲(chǔ)氫吸收動(dòng)力學(xué)曲線；（b）HEA產(chǎn)品的儲(chǔ)氫和釋放氫的等溫曲線，其中代號(hào) 622, 442, 424, 333, 262和 244分別代表 La0.1Ni0.5Fe0.1V0.1Mn0.2, La0.07Ni0.33Fe0.2V0.2Mn0.2, La0.07Ni0.33Fe0.1V0.1Mn0.4, La0.06Ni0.28Fe0.16V0.16Mn0.33, La0.03Ni0.17Fe0.3V0.3Mn0.2和 La0.03Ni0.17Fe0.2V0.2Mn0.4. c) TiZrNbMoV HEA產(chǎn)品在激光功率分別為300 和1000 W進(jìn)行制備的 TiZrNbMoV HEA產(chǎn)品在300和 400 °C活化后的儲(chǔ)氫吸收曲線；d) ZrTiVCrFeNi HEA產(chǎn)品在1000 °C @ 24 h的條件下進(jìn)行退火前后的儲(chǔ)氫吸收和釋放曲線

較低的激光功率可以有效的提高 TiZrNbMoV HEA產(chǎn)品的儲(chǔ)氫吸收性能，見(jiàn)圖9c，這主要取決于他們中的相和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。FCC+BCC+NbTi4-類(lèi)型的相在使用低功率的激光制造的時(shí)候可以獲得最大的儲(chǔ)氫性能，達(dá)到了2.3 wt%.。除了儲(chǔ)氫的吸收的元素Ti，Nb和BCC結(jié)構(gòu)之外，尤其對(duì)提高吸收氫能力有作用的相和元素。然而，HEA產(chǎn)品的吸收甚至在呈現(xiàn)出穩(wěn)定的BCC相和在枝晶處沒(méi)有元素偏析的時(shí)候也只有0.29 wt%。HEA產(chǎn)品中的嚴(yán)重的晶格變形減少了用于儲(chǔ)氫的間隙的數(shù)量，這在評(píng)估 ZrTiVCrFeNi HEA產(chǎn)品的時(shí)候，前提條件為熱處理的時(shí)候的得到證明，見(jiàn)圖9d所示。HEA產(chǎn)品在1000 °C進(jìn)行退火前后儲(chǔ)氫性能的變化反應(yīng)了C14相的晶格體積膨脹的差別。退火過(guò)程提高了成分的均勻性和造成了晶體晶格的釋放，這減少了間隙孔洞的變形用于儲(chǔ)氫原子的儲(chǔ)藏和由此降低了其儲(chǔ)氫能力。

氫是對(duì)金屬有害的元素，因?yàn)闅鋾?huì)誘導(dǎo)材料的脆性。FCC的HEA產(chǎn)品據(jù)報(bào)道是可以容忍氫的材料。尤其的，CoCrFeMnNi HEAs顯示出提高其氫脆阻抗的能力，其阻抗氫脆的能力是通過(guò)自適應(yīng)的機(jī)理的納米孿生的梯度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這一高度的局部的氫含量造成較高的孿生變形速率，當(dāng)氫減少HEA產(chǎn)品中的堆垛層錯(cuò)能的時(shí)候。位錯(cuò)集聚沿著孿生邊界發(fā)生，促進(jìn)了更加均勻的塑性變形，促進(jìn)了其韌性。高的部分位錯(cuò)的密度和他們之間的相互作用，以及小的平均孿生間距可以促進(jìn)應(yīng)變硬化。CoCrFeMnNi HEAs產(chǎn)品的這一氫脆的阻抗能力為發(fā)展3D打印的HEA產(chǎn)品可以滿足高載荷條件下的機(jī)械作用和同時(shí)滿足較高的儲(chǔ)氫能力的產(chǎn)品提供了一個(gè)新的途徑。

3.3 打印的HEAs的潛在應(yīng)用

HEA所具有的新穎的性能，如超強(qiáng)比強(qiáng)度，高溫下優(yōu)異的機(jī)械性能，優(yōu)異的韌性和在低溫下的斷裂強(qiáng)度，超級(jí)磁性和超導(dǎo)性，為HEA產(chǎn)品在航空航天，交通運(yùn)輸，能源，電子，生物醫(yī)療，模具，精密剪切工具等領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平了道路。HEA產(chǎn)品作為儲(chǔ)氫材料，防輻射材料，電子的擴(kuò)散阻擋層，精密剪切，電磁屏蔽材料，熱噴涂材料，硬的，低摩擦系數(shù)和生物涂層，粘結(jié)劑和軟磁以及熱點(diǎn)材料等。

隨著最近的粉末技術(shù)的先進(jìn)發(fā)展，打印工藝和打印產(chǎn)品性能的提高，使得3D打印的產(chǎn)品成為制造HEA產(chǎn)品的重要途徑。同傳統(tǒng)的制造工藝相比較，DED和PBF的快速凝固造成了打印的HEA產(chǎn)品的優(yōu)異性能，這是快速凝固造成的晶粒細(xì)化所形成的。3D打印的HEA產(chǎn)品允許材料選擇，設(shè)計(jì)和自由制造輕質(zhì)材料，個(gè)性化的設(shè)計(jì)和納米組裝進(jìn)行組合在一起。新的材料發(fā)展的需求和結(jié)構(gòu)優(yōu)化促進(jìn)了打印的HEA產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)航空航天，能源，模具，工具和其他領(lǐng)域中的復(fù)雜形狀的應(yīng)用需求。

3D打印的HEA產(chǎn)品呈現(xiàn)出在航空航天應(yīng)用時(shí)的巨大潛力，這是因?yàn)檫@些領(lǐng)域所不斷增長(zhǎng)的需求和對(duì)輕質(zhì)材料的要求。目前大家正在致力于發(fā)展輕質(zhì)的HEA產(chǎn)品，采用低密度的元素如Al,Mg 和Be ,Ti等。然而，輕質(zhì)的HEA產(chǎn)品在使用單個(gè)的固溶相的時(shí)候是比較難以合成的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的輕質(zhì)元素并不同過(guò)渡金屬Cr，F(xiàn)e和Cu等相互混熔，從而造成形成脆性的金屬間化合物。除了元素的影響之外，輕質(zhì)的設(shè)計(jì)還可以通過(guò)3D打印的HEA產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

為了證實(shí) Al0.5CoCrFeNi HEA粉末的實(shí)際用途，一個(gè)小型的渦輪葉片且具有復(fù)雜的形狀，采用SLM技術(shù)進(jìn)行了打印，且沒(méi)有任何宏觀的缺陷存在，見(jiàn)圖10a所示。而且，難熔WNbTaMo葉片通過(guò)優(yōu)化SLM工藝參數(shù)進(jìn)行了打印，沒(méi)有明顯的扭曲或裂紋，見(jiàn)圖10b所示。，通過(guò)熱和機(jī)械模型的整合進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，耦合有限元辦法來(lái)進(jìn)行。DED技術(shù)也成功的應(yīng)用于打印靜葉的原型，采用的是CoCrFeMnNi HEA粉末來(lái)實(shí)現(xiàn)的，見(jiàn)圖10c所示。另外一個(gè)應(yīng)用是航空工業(yè)中的氣門(mén)機(jī)構(gòu)，壓氣機(jī)葉片，燃燒室，噴嘴和航空的渦輪葉片，此時(shí)打印的HEA產(chǎn)品可以整合高強(qiáng)度-質(zhì)量比，良好的耐高溫，疲勞抗力，高溫強(qiáng)度高，輕質(zhì)和抗蠕變等優(yōu)點(diǎn)。

▲圖10 采用DED和 PBF技術(shù)打印的用于航空工業(yè)中的HEA產(chǎn)品的驗(yàn)證：（a) SLM打印的 Al0.5CoCrFeNi 渦輪葉片,（ b) SLM打印的 WNbTaMo 葉片, （c) DED打印的 CoCrFeMnNi 靜葉原型；（ d) DED打印的鈦合金航空用渦輪葉片, （e) 沒(méi)有進(jìn)行涂層的葉片表面；（ f) 采用DED打印的HEA涂層進(jìn)行改性的表面

HEA可以用來(lái)作為耐熱和耐磨涂層來(lái)提高打印產(chǎn)品的表面性能，以對(duì)抗苛刻的使用環(huán)境，尤其是航空工業(yè)等應(yīng)用環(huán)境。尤其是，DED可以制備出均勻，功能性，高粘附性的涂層。Li等人發(fā)展了一個(gè)集成的辦法制備出超細(xì)的納米晶改性的HEA涂層用于鈦合金航空渦輪葉片，見(jiàn)圖10 ef所示，這可以提高葉片的耐磨性能。

HEA還可以用作核工業(yè)中的防輻射材料。一個(gè)潛在的3D打印的HEA產(chǎn)品是國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆內(nèi)殼體，該殼體由不同的亞組件所組成，這些反應(yīng)器件為發(fā)展高壓HEA打印的殼體且能夠提高防輻射和耐腐蝕性能提供了機(jī)會(huì)，因?yàn)樵摲磻?yīng)器的第一層壁可以同時(shí)采用SLM和EBM進(jìn)行打印，采用的材料為不銹鋼。難熔的HEA提供了一個(gè)低的熱中子吸收，即TiVCrNbMo,[267] TiVZrTa和 TiVCrTa可以用來(lái)制作這些部件。

在另外的實(shí)驗(yàn)中，熱電HEA產(chǎn)品，如AlxCoCrFeNi, BiSbTe1.5Se1.5和 PbSnTeSe被證明是有效的將廢熱轉(zhuǎn)換成電的材料。打印的HEA產(chǎn)品可以拓展到具有高溫?zé)犭姷纳煞磻?yīng)器上，重復(fù)的利用廢熱。

通過(guò)集成多元素的粉末所發(fā)展的技術(shù)和工藝的不同階段，3D打印提供了一個(gè)有效的策略來(lái)工程化多孔的HEA結(jié)構(gòu)，用于熱交換器中的傳熱，實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀尺度的應(yīng)用。此外，CoCrFeNi HEA微晶格打印的墨水?dāng)D出技術(shù)可以應(yīng)用到低溫環(huán)境中，此時(shí)的部件需要高韌性和高的疲勞性能，見(jiàn)圖11所示。結(jié)合形狀的自由設(shè)計(jì)來(lái)制造微晶格且具有低成本的優(yōu)勢(shì)，這一材料-工藝的結(jié)合可以加速輕質(zhì)，高韌性，能量吸收的HEA產(chǎn)品可靠的應(yīng)用在?210 到 1000 °C的范圍內(nèi)。

▲圖11. 采用3D墨水?dāng)D出打印，原材料為混合的墨水打印出來(lái)的CoCrFeNi HEA微晶格產(chǎn)品，混合的氧化物晶格進(jìn)行同步還原，擴(kuò)散和燒結(jié)來(lái)產(chǎn)生CoCrFeNi HEA微晶格，具有非常小的尺寸和支柱枝晶，沒(méi)有扭曲或裂紋存在

3D打印的HEA產(chǎn)品還可以應(yīng)用作為工具和模具，這一制造的工具和擠出模具，由于具有高硬度，耐磨性高，高溫軟化能力弱和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。HEA產(chǎn)品所制造的工具或者挿入物，可以在預(yù)設(shè)計(jì)模型中進(jìn)行。此外，HEA涂層可以發(fā)展起來(lái)用于提高切削工具的性能和耐用性。為了最大化其強(qiáng)度和最小化其重量，胞狀的晶格可以同時(shí)降低材料的使用量和制造成本。進(jìn)一步的，3D打印的HEA產(chǎn)品可以用來(lái)作為熱加工模具，承受的溫度為1200 °C。尤其是，3D打印使得自由成型的內(nèi)冷卻通道或者插入物在模具中實(shí)現(xiàn)，這可以實(shí)現(xiàn)沿著模具空洞進(jìn)行設(shè)計(jì)制造和提供均勻的傳熱和適應(yīng)性的冷卻。它提供了更好的擠壓部件，比傳統(tǒng)的直的冷卻通道要好得多。

▲圖12. 3D墨水?dāng)D出打印的CoCrFeNi微晶格的實(shí)物圖

3D打印的HEA產(chǎn)品同時(shí)還可以應(yīng)用在醫(yī)療，汽車(chē)和催化領(lǐng)域。HEA產(chǎn)品具有無(wú)細(xì)胞毒性，優(yōu)異的生物相容性，機(jī)械性能好，電化學(xué)和耐腐蝕性能好，如TiNbTaZrMo, TiZrHfCrMo和TiNbTaZrHf產(chǎn)品，均進(jìn)行了報(bào)道，其可以潛在應(yīng)用作為骨科植入物。同傳統(tǒng)的制造工藝相比較，如鑄造和粉末冶金技術(shù)，3D打印具有獨(dú)特的制造出梯度，功能和可控的結(jié)構(gòu)，在宏觀和微觀孔隙上均可以實(shí)現(xiàn)，這可以支撐氣孔的粘附，生長(zhǎng)和分殖成功能性的組織或器官。因此，3D打印的生物相容性HEA植入物且具有梯度的孔隙率，可以為促進(jìn)骨結(jié)合，減少應(yīng)力屏蔽和拓展壽命提供了光明的前景。

HEA結(jié)合高強(qiáng)度，好的傳熱性能和低密度，可以用來(lái)減少整個(gè)工程部件在汽車(chē)中的質(zhì)量，尤其對(duì)于電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)更是如此，它們的巡航范圍可以通過(guò)輕質(zhì)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)利用材料和結(jié)構(gòu)的3D打印HEA產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，HEA所具有的形狀記憶效應(yīng)，如 TiZrHfNiCoCu，可以拓展到3D打印中，為可靠性設(shè)計(jì)和加速汽車(chē)激勵(lì)器的原型發(fā)展提供了可行性。

HEA產(chǎn)品的熱動(dòng)力學(xué)穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)可以潛在的作為催化劑材料，這是因?yàn)樗梢燥@著的在腐蝕環(huán)境中具有穩(wěn)定性以及高的催化活性。AlCoCrTiZn, AlCoCrFeNi和 CoCrFeMnNi HEAs呈現(xiàn)出在偶氮染料中優(yōu)異的不易失效特性，這是因?yàn)樗哂械莫?dú)特的原子結(jié)構(gòu)和嚴(yán)重的晶格變形，化學(xué)成分效應(yīng)，殘余應(yīng)力和高的比表面積。3D打印的多孔結(jié)構(gòu)顯示出提高的催化活性，比傳統(tǒng)工藝制造的2D條帶或粉末活性要高的多。多孔結(jié)構(gòu)中的大的比表面積是實(shí)現(xiàn)3D打印的HEA催化劑具有獨(dú)特的催化性能的關(guān)鍵之一。

并不限于以上應(yīng)用，3D打印的HEA還可以用來(lái)克服傳統(tǒng)制造工藝的瓶頸，由此導(dǎo)致在其他領(lǐng)域中應(yīng)用的突破。

4. 結(jié)論

受到現(xiàn)有的HEA產(chǎn)品的優(yōu)異性能的激勵(lì)和3D打印所具有的獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，3D打印的HEA產(chǎn)品的應(yīng)用開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。本文提供了近年來(lái)3D打印的HEA產(chǎn)品所取得的進(jìn)展，包括粉末的發(fā)展，打印工藝，相，晶體特征，機(jī)械性能，功能特征以及潛在的應(yīng)用。霧化和機(jī)械合金化是發(fā)展HEA粉末最為流行的選擇。發(fā)展的粉末的形貌，顆粒尺寸的分布和元素的分布，決定著粉末的可打印性能。DED技術(shù)和PBF（SLM和EBM）是主要的用來(lái)打印HEA產(chǎn)品的技術(shù)。同PBF相比較，DED可以額外的利用未開(kāi)發(fā)的粉末來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)粉末輸送來(lái)打印HEA產(chǎn)品，通過(guò)原位合金化來(lái)實(shí)現(xiàn)，為發(fā)展HEA粉末繞過(guò)了長(zhǎng)制程。

DED是最為流行的打印HEA產(chǎn)品的技術(shù)，利用HEA粉末為未開(kāi)發(fā)的元素粉末進(jìn)行混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。DED工藝中較低的掃描速率造成了冷卻速率低，從而導(dǎo)致晶粒尺寸比較大。因此，HEA產(chǎn)品在采用DED進(jìn)行打印的時(shí)候，其強(qiáng)度比SLM和EBM要低。一個(gè)不同的注釋就是，打印工藝過(guò)程中巨大的溫度梯度在于較高的局部熱輸入和較短的相互 作用時(shí)間。產(chǎn)品的快速加熱和快速冷卻會(huì)導(dǎo)致較高的殘余應(yīng)力在DED和SLM工藝中存在。這會(huì)影響到顯微組織，從而控制著宏觀的產(chǎn)品性能。比較來(lái)說(shuō)，采用EBM進(jìn)行打印的產(chǎn)品的殘余應(yīng)力就要小得多，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)獨(dú)特的預(yù)熱粉末層所造成的，有利于減少裂紋的產(chǎn)生。產(chǎn)品的性能和韌性的寬廣范圍主要取決于HEA產(chǎn)品的成分，比工藝參數(shù)的影響要顯著得多。

3D打印產(chǎn)品的顯微組織強(qiáng)烈的依賴(lài)于其成分和工藝參數(shù)。盡管3D打印工藝的超快冷卻速率，仍然在固溶的基材中觀察到不理想的金屬間化合物的存在。因此，熱處理，如退火，固溶和熱等靜壓等經(jīng)常被用來(lái)實(shí)施，以避免不利析出相的形成。同傳統(tǒng)制造工藝相比較，3D打印的HEA產(chǎn)品呈現(xiàn)出細(xì)小的晶粒和相對(duì)比較簡(jiǎn)單的相，造成優(yōu)異的機(jī)械性能和功能特性。不同的打印工藝會(huì)誘導(dǎo)出強(qiáng)度和塑性的不同，隨后的熱處理對(duì)提高HEA產(chǎn)品的性能是有幫助的，可減少不同的缺陷和釋放他們內(nèi)部的殘余應(yīng)力。3D打印的HEA產(chǎn)品整合了材料選擇，設(shè)計(jì)和輕質(zhì)的自由制造，個(gè)性化和納米組裝等優(yōu)點(diǎn)。材料發(fā)展的先進(jìn)發(fā)展和結(jié)構(gòu)優(yōu)化促使HEA打印產(chǎn)品具有復(fù)雜的形狀，從而滿足在航空航天，能源，模具，工具以及其他領(lǐng)域中的應(yīng)用。

5. 展望

用于3D打印的HEA粉末可以通過(guò)優(yōu)化粉末的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，除了常見(jiàn)的元素之外，貴金屬元素（Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Ru等），低密度元素 (Be, Li, Mg, Sc, Si, Sn, Zn等)和鑭系元素 (Dy, Gd, Lu, Tb, Tm等)，均可以用來(lái)考慮進(jìn)行新穎的HEA粉末的成分設(shè)計(jì)。尤其是，成分的元素應(yīng)該滿足足夠的強(qiáng)度來(lái)在打印過(guò)程中的抵抗殘余應(yīng)力和裂紋。優(yōu)化粉末制造工藝可以用來(lái)發(fā)展新穎的HEA粉末，同時(shí)具有高純度，高球形度，低氧含量和均勻的元素分布，以應(yīng)用于打印工藝。發(fā)展的HEA粉末的打印性能也要進(jìn)行評(píng)估。

發(fā)展和優(yōu)化打印工藝可以提高HEA產(chǎn)品的打印質(zhì)量。諸如粘結(jié)噴射和材料擠出工藝可以避免DED和SLM打印HEA產(chǎn)品中所造成的熱應(yīng)力，由此促進(jìn)了裂紋的減少和變形。適宜的打印產(chǎn)品，如斷裂韌性好，疲勞性能好，蠕變性能佳，抗氧化和抗輻射等可以開(kāi)發(fā)出來(lái)用于不同的目的。材料-工藝的相關(guān)性和性能之間的關(guān)系需要建立起來(lái)。其背后的機(jī)理也需要探討。對(duì)于DED和PBF打印工藝，在采用與發(fā)展的HEA粉末的時(shí)候，原位監(jiān)測(cè)熔池的形狀特征可以用來(lái)檢測(cè)打印層的質(zhì)量，這為優(yōu)化工藝參數(shù)提供了指導(dǎo)。熔池的3D形貌數(shù)據(jù)和輪廓線數(shù)據(jù)可以采用視覺(jué)傳感的辦法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，以評(píng)估表面質(zhì)量和提高加工過(guò)程，通過(guò)優(yōu)化打印參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。粉末的鋪展對(duì)PBF工藝來(lái)說(shuō)可以通過(guò)監(jiān)測(cè)來(lái)探測(cè)由于粉末層中的缺陷造成的不均勻的粉末床。反饋閉環(huán)可以通過(guò)調(diào)節(jié)粉末鋪展參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)不平整的表面。

除了可以采用預(yù)合金粉末外，DED還可以采用未開(kāi)發(fā)的粉末來(lái)進(jìn)行HEA產(chǎn)品的打印，采用的辦法是原位合金化。粉末通過(guò)幾個(gè)不同的噴嘴進(jìn)行輸送，可以調(diào)節(jié)以確保元素的組成比例是固定的。同時(shí)DED過(guò)程中熔池的行為也要進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因?yàn)樗鼤?huì)同HEA粉末不同，通過(guò)監(jiān)測(cè)以確保內(nèi)部的冶金機(jī)理符合我們的要求。

對(duì)設(shè)計(jì)的HEA產(chǎn)品的相穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)展的HEA粉末的流動(dòng)性行為，熔池的凝固行為和打印的產(chǎn)品的機(jī)械性能均需要在不同的尺寸下進(jìn)行評(píng)估。設(shè)計(jì)的HEA產(chǎn)品在原子尺度通過(guò)密度功能理論，使用CALPHAD模擬來(lái)預(yù)測(cè)相穩(wěn)定性是一個(gè)有前途的策略來(lái)剔除不合格的HEA產(chǎn)品，HEA粉末的流動(dòng)性行為在PBF的鋪展過(guò)程中可以通過(guò)離散元素的辦法在介觀尺度進(jìn)行預(yù)測(cè)，考慮相鄰粉末的接觸力和粘附力。DED和PBF過(guò)程中的HEA熔池的熱力學(xué)行為可以通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)，在介觀尺度來(lái)理解每一打印工藝和提供足夠的反饋來(lái)進(jìn)行工藝優(yōu)化。尤其是對(duì)DED來(lái)說(shuō)，熔池的動(dòng)力學(xué)行為自元素粉末中產(chǎn)生是顯著區(qū)別于HEA粉末的，這需要發(fā)展新的計(jì)算模型來(lái)更好的理解這一過(guò)程。

HEA相圖在四元或者更多元的系統(tǒng)可以發(fā)展起來(lái)用以作為3D打印HEA時(shí)凝固行為的預(yù)測(cè)。在HEA熔池中的晶粒生長(zhǎng)和相變可以通過(guò)胞自動(dòng)和相場(chǎng)的辦法來(lái)進(jìn)行模擬。熱機(jī)械模型可以計(jì)算在打印產(chǎn)品中存在的殘余應(yīng)力，可以通過(guò)有限元的技術(shù)在宏觀尺度來(lái)理解其復(fù)雜的相互作用，瞬時(shí)的熱歷史和產(chǎn)品構(gòu)建過(guò)程中的應(yīng)力之間的作用。打印產(chǎn)品的機(jī)械性能，如拉伸強(qiáng)度，壓縮強(qiáng)度，疲勞和摩擦性能，可以通過(guò)在宏觀尺寸的有限元分析來(lái)預(yù)測(cè)，以估計(jì)HEA產(chǎn)品的失效機(jī)理。

機(jī)器學(xué)習(xí)可以引入來(lái)加速HEA產(chǎn)品的3D打印。綜合HEA的信息（原子尺寸的差異，混合熵，混合焓，電子濃度的化合價(jià)，電負(fù)性的差異等），打印手段（DED，SLM和EBM等），打印參數(shù)（激光和電子束的功率，掃描速度，掃描間距，層厚度等）以及HEA產(chǎn)品的機(jī)械性能（強(qiáng)度，韌性，疲勞壽命，耐摩擦性能等）可以建立起來(lái)以訓(xùn)練及其學(xué)習(xí)模型。機(jī)器學(xué)習(xí)可以用類(lèi)似快速的預(yù)測(cè)新額3D打印的HEA產(chǎn)品，基于數(shù)值模擬預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行和打印的實(shí)驗(yàn)和特征。

可以期待，3D打印的HEA產(chǎn)品的最近進(jìn)展將會(huì)在研究領(lǐng)域引起更大的興趣，從而反過(guò)來(lái)使得該技術(shù)和產(chǎn)品在更加寬廣的范圍中得到應(yīng)用。