近幾十年來，難熔高熵合金(RHEAs)因其在高溫下具有前所未有的強度而受到越來越多的關注，這對于噴氣發動機和發電領域非常有吸引力，可以提高效率。然而，大多數RHEAs的延性較差，在室溫下的壓縮斷裂應變為10%，這嚴重阻礙了其應用。現階段在改善延性方面已經付出了很多努力。HfNbTaTiZr系列(以Ti、Zr和/或Hf為主要元素)是目前研究最廣泛的具有優異拉伸韌性的RHEAs，其斷裂應變為15%。然而，這些合金表現出有限的強度(950MPa)，在高/中溫下的相穩定性差，甚至在600-1000℃范圍內存在氧化現象，這不利于高溫應用。TiVNbTa RHEAs是另一種高壓縮應變極限的合金系列，其抗氧化性和高溫相穩定性有待進一步研究。

北京理工大學等單位的研究人員研究了等摩爾的TiVNbTa和TiVNbTaSi難熔高熵合金(RHEAs)，通過熱加工有效控制了TiVNbTaSi中納米級硅化物的形成和分布，可顯著增加強度和塑性協同效應，還探討了TiVNbTa和TiVNbTaSi的相穩定性和抗氧化性。相關論文以題為“Designing TiVNbTaSi refractory high-entropy alloys with ambient tensile ductility”發表在Scripta Materialia。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114230

采用氬氣氛圍下懸浮熔煉制備TiVNbTaSi0.1(簡稱Si01)，然后在1200℃熱軋，厚度減少60%、80%和85%(簡稱HR60、HR80、HR85)，采用真空電弧熔煉制備TiVNbTa(簡稱EM)，對TiVNbTa和TiVNbTaSi在氬氣氛圍下進行50h不同溫度退火(600℃、800℃、1000℃)。

研究發現鑄態EM和Si01具有相似的枝晶組織。在EM中，Ta富集在枝晶中，低熔點的Ti和V富集在枝晶間，Nb幾乎均勻分布，在枝晶中略有富集；在Si01中，枝晶中元素分布與EM基本相同，分布有BCC/M5Si3共晶相，M5Si3相平均組成為Ti33.56V9.29Nb18.51Ta4.16Si34.49(原子百分比)。在1000℃以下，EM和HR85中沒有出現突變氧化和相變。等摩爾TiVNbTa (EM)的屈服強度為720MPa，拉伸伸長率為14%，隨著Si的加入，鑄態Si01的屈服強度提高到1120MPa，而塑性下降至1.4%，HR60和HR80的屈服強度分別為1350MPa和1400MPa，拉伸伸長率分別為2.1%和4.2%。變形至85%進一步提高了HR85的延性至8%，并保持了1250MPa的屈服強度。

圖1 EM和Si01的顯微組織圖

圖2 不同程度熱軋后的顯微組織圖

圖3 合金的拉伸性能圖和斷口形貌

圖4TiVNbTa(EM)和HR85的抗氧化性和相穩定性結果

綜上所述，本文對等摩爾的TiVNbTa和TiVNbTaSi RHEAs進行了研究。首次證實了TiVNbTa的拉伸伸長率為14%，硅的加入可以有效地提高合金的抗氧化性和強度，但在鑄態時由于共晶含硅相的形成而導致脆性增加。通過簡單的熱軋工藝，誘導納米硅化物析出，顯著細化組織，解決了TiVNbTaSi0.1合金的抗氧化性能/強度-塑性之間的權衡問題，得到了拉伸屈服強度為1250MPa，塑性為8%的合金。在500℃以上的溫度下，TiVNbTa和TiVNbTaSiRHEAs均表現出良好的相穩定性，本研究突出證明了具有優異性能的TiVNbTaSi0.1在高溫應用方面的巨大潛力。