一、引言

激光應用技術作為先進制造領域的核心驅動力之一，以其高能量密度、精確可控、快速冷卻等獨特優勢，為材料表面改性、高性能涂層制備及復雜部件修復開辟了新途徑。其中，激光熔覆技術能夠將高性能材料（如高熵合金）與基體實現冶金結合，顯著提升工件表面的耐磨、耐蝕、耐高溫等性能。高熵合金作為一種顛覆傳統設計理念的新型合金體系，憑借其獨特的多主元成分設計，展現出優異的綜合性能，如高強度、高硬度、良好的熱穩定性和耐腐蝕性。將激光熔覆技術與高熵合金相結合，成為當前材料科學與先進制造交叉領域的研究熱點。本文旨在綜述激光熔覆高熵合金的研究現狀，探討其發展趨勢，并展望其廣闊的應用前景。

二、激光熔覆高熵合金的研究現狀

1. 工藝與組織調控研究：
當前研究主要集中在激光工藝參數（如激光功率、掃描速度、光斑直徑、送粉率）對熔覆層宏觀形貌（如稀釋率、幾何尺寸）、微觀組織（如相結構、晶粒尺寸）及缺陷（如氣孔、裂紋）的影響規律。研究表明，通過優化工藝窗口，可以獲得致密、無缺陷且與基體結合良好的高熵合金熔覆層。高熵合金在激光快速熔凝過程中易于形成簡單的固溶體相（如FCC、BCC或兩者混合），而非復雜的金屬間化合物，這得益于其高的構型熵效應。通過調整成分（如Al、Co、Cr、Fe、Ni等元素的配比）或引入強化相（如碳化物、硼化物），可以進一步調控其組織與性能。

2. 性能表征研究：
大量實驗研究評估了激光熔覆高熵合金涂層的力學性能、耐磨性、耐腐蝕性及高溫性能。結果表明，許多體系（如CoCrFeNiMn系及其衍生合金）的熔覆層表現出遠高于傳統鋼鐵材料的硬度和耐磨性。其耐腐蝕性能，特別是在酸性或含氯離子環境中，也展現出顯著優勢。高溫下的組織穩定性和抗氧化性是其另一個研究重點，部分高熵合金體系在高溫下能保持優異的性能，極具應用潛力。

3. 復合與梯度結構研究：
為了滿足更苛刻的工況要求，研究者們開發了激光熔覆高熵合金基復合材料（如加入WC、TiC等陶瓷顆粒）以及功能梯度涂層。通過成分或工藝的梯度設計，可以實現涂層從基體到表面性能的平穩過渡，有效緩解因熱膨脹系數不匹配導致的內應力，提高涂層與基體的結合強度及抗熱震性能。

三、發展趨勢

1. 成分設計與性能預測智能化：
結合機器學習、高通量計算與實驗，建立成分-工藝-組織-性能之間的定量關系模型，實現高熵合金成分的智能化、高效化設計，縮短研發周期，定向開發具有特定性能（如超高溫強度、極端環境耐蝕性）的新型高熵合金體系用于激光熔覆。

2. 工藝創新與精密制造：
發展超高速激光熔覆、同軸送粉精密熔覆、激光增減材復合制造等新工藝，進一步提高熔覆效率、精度與成形質量。研究極端條件（如超快冷卻、真空或保護氣氛）下的激光熔覆行為，探索形成非晶、納米晶等亞穩組織結構，以獲得更卓越的性能。

3. 多尺度、多場耦合模擬：
深化對激光熔覆高熵合金過程中熱-流-固-相變多物理場耦合機制的理解，通過多尺度模擬（從原子尺度到宏觀尺度）預測熔池動力學、凝固行為、應力演化及最終的組織性能，為工藝優化提供理論指導。

4. 面向應用的功能化與集成化：
研究從單一耐磨耐蝕涂層向熱障/抗沖蝕多功能一體化涂層、自潤滑涂層、智能傳感涂層等方向發展。推動激光熔覆高熵合金技術與智能制造系統集成，實現關鍵部件的高性能、個性化修復與再制造。

四、應用前景

1. 高端裝備關鍵部件表面強化：
在航空航天領域，應用于發動機葉片、渦輪盤、燃燒室等熱端部件的耐高溫、抗氧化涂層；在能源電力領域，用于燃氣輪機葉片、鍋爐管道的抗熱腐蝕與沖蝕涂層；在海洋工程領域，用于船舶螺旋槳、深海裝備的耐海水腐蝕涂層。

2. 磨損部件修復與再制造：
對價格昂貴或制造周期長的核心零部件（如軋輥、模具、重型柴油發動機曲軸等）進行損傷修復與性能升級，恢復甚至提升其使用性能，符合綠色循環經濟發展理念，經濟效益顯著。

3. 極端環境服役材料：
開發適用于核反應堆（耐輻射）、化工極端腐蝕環境、高寒地帶裝備等特殊工況下的高性能表面防護材料。

4. 新型功能器件制造：
利用其特殊的物理化學性能（如磁學、電學性能），探索在微電子、傳感器等精密器件制造領域的潛在應用。

五、結論與展望

激光熔覆高熵合金技術融合了先進的制造工藝與創新的材料體系，已在基礎研究層面取得了豐碩成果，展現出巨大的應用潛力。隨著材料設計方法的革新、激光工藝的進步以及跨學科合作的深入，該技術有望突破傳統表面工程技術的性能瓶頸，為實現高端裝備的長壽命、高可靠、智能化運行提供關鍵材料與技術支持，在制造業轉型升級和戰略性新興產業發展中扮演重要角色。要實現大規模工業化應用，仍需在涂層成本控制、工藝標準化、長期服役可靠性評價等方面開展持續深入的研究工作。