導讀：為克服高熵合金強度-塑性協同問題，本文提出了一種新的策略，即激光沖擊強化（LSP）和循環深冷處理（DCT），以產生梯度分層結構，從而促進高熵合金（HEA）的強度-延展性協同作用。結果表明，通過這種新策略處理的非等原子CrFeCoNiMn0.75Cu0.25HEA樣品具有高強度（~1100MPa）和高塑性（30%）的出色組合。由于在處理表面附近引入了包含亞晶粒、致密位錯和納米孿晶(NTs)的梯度微結構，在LSP處理的HEA樣品中實現了更高的屈服強度。然后，接下來的循環DCT處理可以進一步在LSP處理的HEA的核心區域引入各種類型的增強缺陷的微觀結構，包括密集的相交NTs和堆垛層錯，從而有效地提高抗拉強度和塑性。這些結果可以為通過調整殘余應力和生成優化的微觀結構來開發高性能HEA提供新的見解。

與其他異質結構合金相比，一類具有可調節微結構分布的梯度納米結構金屬材料由于強度和延展性的優異結合而引起了廣泛關注。然而，使用各種加工技術在合金表面上僅產生了幾百微米的梯度結構。由于其復雜的微觀結構，進一步優化梯度結構合金的機械性能仍然是一個挑戰。

激光沖擊強化(LSP)可以在材料表層產生>106s?1的高應變率和高沖擊應力(>10GPa)，是一種有效且簡單的生成梯度微結構的方法。此外，LSP也可以在表層附近產生高幅度的壓殘余應力，而在核心區域可以產生拉應力。調整殘余應力狀態和微觀結構是一個有趣的研究課題。深冷處理(DCT)是一種有效改善多種合金機械性能的無損方法，如Ti和Ni合金、TC6合金、IN718高溫合金、Ti-6Al-4V合金和CrMnFeCoNi高熵合金(HEA)。因此，利用DCT進一步控制LSP后合金的顯微組織是可行的。特別是，由于它們的多元素性質，許多面心立方(fcc)HEA中的堆垛層錯能(SFE)隨著溫度的降低而降低。因此，低溫有利于變形納米孿晶（NTs）和堆垛層錯（SFs）的形成。假設DCT可以在LSP處理的HEA樣品中產生類似的有益效果是合理的。

在此，哈爾濱工業大學材料科學與工程學院的Wujing Fu、Hongge Li等人通過LSP技術處理典型的FCC HEA，即具有非等原子組成的CrFeCoNiMn0.75Cu0.25，然后以循環方式進行DCT。研究了循環DCT對LSP制造的CrFeCoNiMn0.75Cu0.25HEA的力學性能和微觀結構演變的影響。這些結果對以非折中性方式加強HEA具有重要意義。相關研究成果以題“A new strategy to overcome the strength-ductility trade off of high entropy alloy”發表在材料頂刊Scripta Materialia上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359646222001786

CrFeCoNiMn0.75Cu0.25HEA錠是通過在吸鈦氬氣氛中電弧熔化純Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu金屬（>99.99wt.%純度）制備的。將這些鑄錠至少重熔六次以確保化學均勻性，并最終滴鑄到尺寸為65×10×3mm3（長×寬×厚）的模具中。然后，拋光的CrFeCoNiMn0.75Cu0.25板樣品在兩側受到兩次LSP沖擊。如圖1(a)所示，在LSP實驗過程中，激光束垂直入射到樣品表面，并使用100μm厚的聚酯黑色膠帶作為吸收層，以保護樣品表面免受熱效應的影響.使用厚度約為1.5mm的水層作為透明限制層。然后，使用液氮深度冷凍室進行循環DCT過程。LSP構建的樣品首先冷卻至室溫，然后在液氮中浸泡12小時，最后再加熱回室溫并保持1小時。整個過程表示為“一個周期”，如圖1（a）所示。在這項工作中，LSP處理的HEA樣品進行了4個循環的DCT，表示為LSP+DCT。

圖1 (a)引起分層微觀結構的LSP+DCT工藝示意圖。(b)殘余應力沿深度方向的演變，(c)真實拉伸應力與應變曲線，插圖I和II顯示了鑄態LSP的拉伸樣品尺寸和應變硬化率(dσt/dεt)曲線和LSP+DCT處理的HEA樣本。

圖2 研究的不同狀態HEA的微觀結構演變。(a)所研究的HEA樣品的XRD圖案，在42°~ 45°范圍內具有插入突出的(111)衍射峰。EBSD映射對應于(b)鑄態(c)LSP和(d)LSP+DCT處理的HEA的偏向角分布。

圖3 LSP和LSP+DCT處理樣品沿不同深度的典型TEM明亮圖像：（a），（c）~50μm和（b），（d）~300μm。(a)和(d)中的插圖分別代表NTs沿[011]區軸的(SAED)圖案和缺陷微結構的典型圖。

圖4 DCT1次循環后缺陷及微應力演變示意圖。從(I)冷卻到(II)會在低溫均熱溫度下在核心區域產生拉伸應力σd。然后，在低溫浸泡(II)至(III)期間，在這些拉伸應力(σt+σd)下產生NT（由croci標記）。在從(III)到(IV)再加熱到室溫時，由于缺陷的形成和相關的塑性變形，晶粒內產生了較高的殘余應力。

綜上所述，本文首先對CrFeCoNiMn0.75Cu0.25HEA樣品進行LSP工藝，然后以循環方式進行DCT處理。這種新策略通過引入各種類型的增強微結構，是提高所研究的HEA力學性能的有效方法。與鑄態和LSP處理的HEA樣品相比，這些經過LSP+DCT處理的合金在拉伸載荷過程中具有更高程度的加工硬化能力，從而提高了它們的強度和塑性。這些發現為探索具有卓越機械性能的新型HEA鋪平了道路。