一、引言

激光应用技术作为先进制造领域的核心驱动力之一，以其高能量密度、精确可控、快速冷却等独特优势，为材料表面改性、高性能涂层制备及复杂部件修复开辟了新途径。其中，激光熔覆技术能够将高性能材料（如高熵合金）与基体实现冶金结合，显著提升工件表面的耐磨、耐蚀、耐高温等性能。高熵合金作为一种颠覆传统设计理念的新型合金体系，凭借其独特的多主元成分设计，展现出优异的综合性能，如高强度、高硬度、良好的热稳定性和耐腐蚀性。将激光熔覆技术与高熵合金相结合，成为当前材料科学与先进制造交叉领域的研究热点。本文旨在综述激光熔覆高熵合金的研究现状，探讨其发展趋势，并展望其广阔的应用前景。

二、激光熔覆高熵合金的研究现状

1. 工艺与组织调控研究：
当前研究主要集中在激光工艺参数（如激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉率）对熔覆层宏观形貌（如稀释率、几何尺寸）、微观组织（如相结构、晶粒尺寸）及缺陷（如气孔、裂纹）的影响规律。研究表明，通过优化工艺窗口，可以获得致密、无缺陷且与基体结合良好的高熵合金熔覆层。高熵合金在激光快速熔凝过程中易于形成简单的固溶体相（如FCC、BCC或两者混合），而非复杂的金属间化合物，这得益于其高的构型熵效应。通过调整成分（如Al、Co、Cr、Fe、Ni等元素的配比）或引入强化相（如碳化物、硼化物），可以进一步调控其组织与性能。

2. 性能表征研究：
大量实验研究评估了激光熔覆高熵合金涂层的力学性能、耐磨性、耐腐蚀性及高温性能。结果表明，许多体系（如CoCrFeNiMn系及其衍生合金）的熔覆层表现出远高于传统钢铁材料的硬度和耐磨性。其耐腐蚀性能，特别是在酸性或含氯离子环境中，也展现出显著优势。高温下的组织稳定性和抗氧化性是其另一个研究重点，部分高熵合金体系在高温下能保持优异的性能，极具应用潜力。

3. 复合与梯度结构研究：
为了满足更苛刻的工况要求，研究者们开发了激光熔覆高熵合金基复合材料（如加入WC、TiC等陶瓷颗粒）以及功能梯度涂层。通过成分或工艺的梯度设计，可以实现涂层从基体到表面性能的平稳过渡，有效缓解因热膨胀系数不匹配导致的内应力，提高涂层与基体的结合强度及抗热震性能。

三、发展趋势

1. 成分设计与性能预测智能化：
结合机器学习、高通量计算与实验，建立成分-工艺-组织-性能之间的定量关系模型，实现高熵合金成分的智能化、高效化设计，缩短研发周期，定向开发具有特定性能（如超高温强度、极端环境耐蚀性）的新型高熵合金体系用于激光熔覆。

2. 工艺创新与精密制造：
发展超高速激光熔覆、同轴送粉精密熔覆、激光增减材复合制造等新工艺，进一步提高熔覆效率、精度与成形质量。研究极端条件（如超快冷却、真空或保护气氛）下的激光熔覆行为，探索形成非晶、纳米晶等亚稳组织结构，以获得更卓越的性能。

3. 多尺度、多场耦合模拟：
深化对激光熔覆高熵合金过程中热-流-固-相变多物理场耦合机制的理解，通过多尺度模拟（从原子尺度到宏观尺度）预测熔池动力学、凝固行为、应力演化及最终的组织性能，为工艺优化提供理论指导。

4. 面向应用的功能化与集成化：
研究从单一耐磨耐蚀涂层向热障/抗冲蚀多功能一体化涂层、自润滑涂层、智能传感涂层等方向发展。推动激光熔覆高熵合金技术与智能制造系统集成，实现关键部件的高性能、个性化修复与再制造。

四、应用前景

1. 高端装备关键部件表面强化：
在航空航天领域，应用于发动机叶片、涡轮盘、燃烧室等热端部件的耐高温、抗氧化涂层；在能源电力领域，用于燃气轮机叶片、锅炉管道的抗热腐蚀与冲蚀涂层；在海洋工程领域，用于船舶螺旋桨、深海装备的耐海水腐蚀涂层。

2. 磨损部件修复与再制造：
对价格昂贵或制造周期长的核心零部件（如轧辊、模具、重型柴油发动机曲轴等）进行损伤修复与性能升级，恢复甚至提升其使用性能，符合绿色循环经济发展理念，经济效益显著。

3. 极端环境服役材料：
开发适用于核反应堆（耐辐射）、化工极端腐蚀环境、高寒地带装备等特殊工况下的高性能表面防护材料。

4. 新型功能器件制造：
利用其特殊的物理化学性能（如磁学、电学性能），探索在微电子、传感器等精密器件制造领域的潜在应用。

五、结论与展望

激光熔覆高熵合金技术融合了先进的制造工艺与创新的材料体系，已在基础研究层面取得了丰硕成果，展现出巨大的应用潜力。随着材料设计方法的革新、激光工艺的进步以及跨学科合作的深入，该技术有望突破传统表面工程技术的性能瓶颈，为实现高端装备的长寿命、高可靠、智能化运行提供关键材料与技术支持，在制造业转型升级和战略性新兴产业发展中扮演重要角色。要实现大规模工业化应用，仍需在涂层成本控制、工艺标准化、长期服役可靠性评价等方面开展持续深入的研究工作。