以雷射為基礎的快速成型技術所產生的高熵合金強度更高、更不易斷裂。研究人員將幾種金屬元素結合在一起，製造出一種名為耐用高熵合金（HEAs）的材料。HEAs 在涉及嚴重磨損、極端溫度、輻射和高應力的應用中具有潛在用途。

它們可以透過3D列印（也稱為積層製造AM）製造，但這通常會導致延展性較差。這意味著3D列印的HEA難以成型，在負載作用下不會產生足夠的變形或拉伸，因此無法防止斷裂。

現在，科學家利用以雷射為基礎的AM技術製造出了強度更高、延展性更好的HEA。他們利用中子和X射線散射以及電子顯微鏡來更了解這些性能改進的機制。

有朝一日，工業生產可能會用到更堅固、更易成形的HEA。為了在這些應用中發揮作用，輕型和複雜的HEA 零件需要提高耐用性、可靠性和抗斷裂性。

這將使消費者和工業界受益，例如可以生產出更安全、更省油的汽車、更堅固的產品和更耐用的機械。此外，基於雷射的AM（雷射將粉末合金熔化成固體金屬形狀）具有很高的能效。這使其對生產新型HEA 具有吸引力。

透過快速成型技術製造的高熵合金（左）中發現的兩種晶體結構（右）的圖像。資料來源：麻薩諸塞大學阿默斯特分校

奈米薄片結構和機械性能

基於雷射的增材製造工藝製造出了奈米厚的奈米薄板（薄板層），具有很高的強度，而薄板的明顯邊緣允許一定程度的滑動（延展性）。板由平均厚度約150 奈米的面心立方（FCC）晶體結構和平均厚度約為65 奈米的體心立方（BCC）晶體結構交替層組成。

新型HEA 的屈服強度高達約1.3 千兆帕，超過了目前強度最高的鈦合金。這些HEA 還具有約14% 的伸長率，高於具有相同屈服強度的其他AM 金屬合金。伸長率是衡量材料在不斷裂的情況下可承受的彎曲程度的指標。

先進的研究技術和設施

中子資料來自位於橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的能源部（DOE）科學辦公室用戶設施Spallation 中子源，研究人員利用這些數據可以檢查HEA 樣品在應變時的內部機械負載分擔。

研究人員利用同樣位於橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的能源部用戶設施–奈米材料科學中心（Center for Nanophase Materials Sciences）的原子探針儀器，捕捉到了由交替的奈米薄片層組成的成分和微結構的詳細三維圖像。

在阿貢國家實驗室的另一個能源部科學辦公室用戶設施–先進光子源，研究人員利用X 射線衍射對不同退火樣品的相進行了研究。

編譯來源：ScitechDaily