电弧焊接与淬火定向凝固下CoCrFeNiCu高熵合金的微观结构演变研究

本文创新性地采用电弧焊接结合伍德合金淬火技术，揭示了CoCrFeNiCu高熵合金（HEA）定向凝固过程中的微观结构演变。研究发现其柱状枝晶形貌与Bridgman定向凝固相似，但枝晶臂间距更细（源于更高冷却速率）。通过构建伪二元相图（FCC1/FCC2），明确了单变反应L1→FCC1+L2导致的二次枝晶臂粗化现象，为高梯度/高速率条件下的HEA制备（如铸造/焊接）提供了经济高效的研究方法。

Highlight

本研究通过电弧焊接过程中的液态伍德合金淬火技术，首次揭示了CoCrFeNiCu高熵合金定向凝固的微观结构动态演变过程。

Experimental Procedure

实验采用纯度>99.9%的金属原料，通过真空电弧重熔制备CoCrFeNiCu铸锭，并采用感应重熔-水冷铜模铸造获得标准尺寸试样。在氩气保护环境下进行钨极气体保护焊（GTAW），通过75°C液态伍德合金淬火捕获凝固前沿特征。

As-cast solidification microstructure

铸态组织光学显微图显示：浅色枝晶为贫铜面心立方相（FCC1），枝晶间富铜区域呈红棕色。通过Pandat软件计算的伪二元相图（CoCrFeNi-Cu体系）揭示了L1（贫铜液相）/L2（富铜液相）的混溶间隙，以及FCC1（贫铜固相）/FCC2（富铜固相）的相分离现象。

Conclusions

1. 1.

   电弧焊接淬火技术成功呈现类Bridgman定向凝固的柱状枝晶特征，更细的枝晶臂间距印证了更高冷却速率的优势。

2. 2.

   淬火组织中明确识别了糊状区及其内部(FCC1+L1)/(FCC1+L2)相区分布，单变反应引发的二次枝晶臂粗化现象与相图预测高度吻合。该技术为研究高梯度/高速率条件下（如铸造/焊接）HEA凝固行为提供了新思路。