近日，北京理工大學材料學院高熵合金課題組在共格納米相強化高熵合金的組織調控與強韌化機制方面取得新進展。金屬材料領域頂級期刊《Acta Materialia》以“Precipitation and micromechanical behavior of the coherent ordered nanoprecipitation strengthened Al-Cr-Fe-Ni-V high entropy alloy”為題對該研究進行了報道。北京理工大學材料學院博士生王林靜為第一作者，北京理工大學材料學院薛云飛教授和先進結構技術研究院王亮博士后為共同通訊作者。

該工作從微觀尺度加深了對高熵合金的共格納米相析出過程和強韌化機制的基本理解，并建立了相關合金的工藝-組織-性能關系。為共格納米相強化高熵合金的微觀組織調控和力學性能優(yōu)化提供指導。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421005012

（DOI: 10.1016/j.actamat.2021.117121）

共格納米相強化高熵合金以其顯著的強韌化效果受到人們的廣泛關注。然而，該類合金的動力學過程與微觀強韌化機制并不清楚，需要繼續(xù)深入研究，以揭示相關機理，指導組織調控。為此，課題組利用原位同步輻射高能X射線衍射技術并結合TEM等先進分析技術，以課題組已開發(fā)出的超強韌Al-Cr-Fe-Ni-V高熵合金為例，開展了系統研究。

圖3。(a) EBSD 圖像顯示 ST 合金的均勻等軸晶粒結構。(b-k)不同預變形程度的合金在 700 °C 時效 1 h 的SEM圖像：0% (b) 35% (c-e)、50% (f-h)、72% (i- k))。再結晶區(qū)和非再結晶區(qū)分別標記為A和B。(l) 再結晶體積分數 ( f Re ) 和再結晶晶粒尺寸( d ) 與預變形程度。（m）再結晶區(qū)中 BCC 相（f BCC）和 L1 2相（f L12）的體積分數與預變形程度的關系。( n) BCC 相的層間距 ( D ) 和層厚度 ( w )，以及旋節(jié)線結構 (SDS) 的波長 ( λ ) 與預變形程度。

圖 5。CR72 合金在 500 (a, b)、600 (c, d)、700 (e, f)、800 (g, h)、900 (i, j) 和 1000 °C (k, l ) 1 小時。再結晶區(qū)和非再結晶區(qū)分別標記為A和B。(b)、(d)、(f)、(h)、(j)、(l)是(a)、(c)、(e)、(g)、(i)、(k)的放大圖） 分別。(b)、(d)、(f)、(h)、(j)中的SAED模式表示FCC/L1 2和BCC相之間的KS取向關系。(m) 再結晶體積分數 ( f Re ) 和再結晶晶粒尺寸( d ) 與時效溫度的關系。(n) BCC 相 ( f BCC ) 和 L1 2 的體積分數再結晶區(qū)中的相 ( f L12 ) 與時效溫度的關系。(o) BCC 相的層間距 ( D ) 和層厚度 ( w )，以及旋節(jié)線結構 (SDS) 的波長 ( λ ) 與老化溫度的關系。

動力學過程方面：發(fā)現形變驅動力是實現高含量納米析出相的關鍵。與未變形+時效相比，冷變形+時效引入的L12相含量增加150%，同時L12相尺寸由~1000nm細化至~10nm。這是因為通過變形引入的密集變形帶可成為各組元的擴散通道，有效提升L12相析出的驅動力，同時遲滯擴散效應可限制元素擴散距離，促使組元發(fā)生納米尺度的偏聚。這種納米尺度的成分漲落誘發(fā)形成有序（L12共格納米相）-無序（FCC高熵基體）的共格納米結構。

預變形對Al-Cr-Fe-Ni-V高熵合金中共格納米相析出行為的影響機制（a-b）以及合金的微觀變形行為（c-d）

強韌化機制方面：發(fā)現高含量的有序-無序共格納米結構是實現優(yōu)異強度塑性匹配的關鍵。高含量L12納米相帶來合金強度顯著提升的同時，FCC-L12共格納米結構有效縮短了FCC基體中位錯擴展的平均自由程，促使位錯均勻形核，有利于合金發(fā)生均勻變形；此外，FCC-L12低錯配共格界面保證位錯可穿過L12相，有利于FCC-L12兩相協同變形，有效降低應力集中，延緩微裂紋形成，保證了合金的良好塑性變形能力。

圖 7。不同工藝合金的拉伸工程應力-應變曲線。