導讀：本文系統研究了兩種L12強化高熵合金（HESA）在700°C下的氧化行為和機械性能，結果表明，通過用Nb代替Ti并略微優化機械性能，抗氧化性得到顯著提高。Nb取代Ti促進了連續Cr 2O3的形成，AlNbO4和Al2O3層，并導致抗氧化性的顯著提高，從而突出了Nb-軸承HESA作為高溫結構材料的巨大潛力。

開發具有卓越高溫性能的先進結構材料，一直是提高能源系統效率和可持續性的艱巨任務。基于一個或兩個主要元素的傳統合金設計策略正在接近其極限，以進一步提高性能。作為一種新穎的合金設計理念，由多主要成分組成的高熵合金（HEA）由于其許多有趣的性能而引起了人們的極大興趣。例如，最具代表性的HEA，即具有單FCC晶體結構的等原子NiCoFeCrMn合金，表現出出色的損傷耐受性和斷裂韌性，特別是在低溫下。然而，已經發現大多數單FCC HEA系統的屈服強度仍然不足以用于實際的結構應用，特別是在高溫下。

得益于L1固有的延展性和出色的熱穩定性2顆粒，這種類型的HESA在寬溫度窗口中表現出作為結構材料的巨大潛力，特別是在600-800°C高溫的中間溫度范圍內。近日，Yang等人介紹了一種高密度的延展性多組分金屬間納米顆?；衔铮瑢崿F~1.5 GPa的超強極限拉伸強度和高達~50%的延展性。此外，Yang等人研究了Ni-30Co-13Fe-15Cr-6Al-6Ti-0.1B（at%）HESA的熱穩定性和機械性能，經過雙相時效過程后，在700°C下可以達到1.0 GPa的超強拉伸強度和~9%的延展性，卓越的性能使L12-加強HESA作為中溫工程應用承重材料的競爭性候選材料。

在高溫循環氧化過程中，傳統的CM247LC鎳基高溫合金表現出比含鈦L1更好的抗氧化性。由于存在含鈦氧化物，HESA得到加強。結果表明，隨著Ti/Al比的提高，拉伸強度顯著增強，而多孔和非保護性TiO2的形成加速。表面上極大地損害了它們的抗氧化性。因此，迫切需要進行成分優化以提高L12的抗氧化性。在不犧牲機械性能的情況下強化HESA。

基于上述分析，與Ti軸承系統相比，Nb軸承HESA系統有望同時提高機械性能和抗氧化性。然而，對不同HESA體系的機械性能和氧化行為的精確理解很少得到系統和定量的研究。因此，在這項研究中，香港城市大學、國立臺灣海洋大學、哈爾濱工業大學、國立清華大學吳凱、劉紹飛等人對L12-強化HESA（ (Ni2Co2FeCr)92Nb4Al4 and (Ni2Co2FeCr)92Ti4Al4）在700°C時的機械性能和抗氧化性進行了全面的研究。特別是對變形行為、氧化動力學和尺度構成進行了系統評價。基于研究結果，本研究著力揭示其在高溫下的氧化機理，探討Nb-軸承L12-在中溫環境下強化高附加大氣層。的適用性本文以題“Oxidation behaviors and mechanical properties of L12-strengthened high-entropy alloys at 700℃”發表在Corrosion Science 上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X22004176

在HESA中，抗拉強度和延展性隨著Ti被Nb取代而同時增強。與 (Ni2Co2FeCr)92Ti4Al4，(Ni2Co2FeCr)92Nb4Al4極限抗拉強度為從783 MPa增至890 MPa，斷裂伸長率由8.3%微增至10.1%。Nb的合金添加可以幫助顯著降低氧化動力學并增強抗氧化性。

圖 1.（a） 兩種研究的HESA在氧化前的XRD曲線。（b）Ti-HESA和（c）Nb-HESA的（220）衍射峰的反卷積，顯示L1之間的晶格失配2沉淀和FCC基質。

圖 2.SEM微觀結構位于（a1） 低放大倍率和 （a2） 高放大倍率，以及 （a3Ti-HESA的暗場TEM圖像;（b）處的掃描電鏡微觀結構1） 低放大倍率和 （b）2） 高放大倍率，以及 （b）3）Nb-HESA的暗場TEM圖像。

圖 3.Ti-HESA和Nb-HESA在700°C下的拉伸性能。

圖 4.兩種HESA在700°C下氧化360小時的氧化動力學：（a）質量變化與氧化時間的函數關系，（b）擬合的平方質量增益線。

圖 5.（a）Ti-HESA和（b）Nb-HESA在700°C下氧化24 h和360 h的XRD模式。

圖 6.（a）Ti-HESA和（b）Nb-HESA在700°C下氧化24 h的表面氧化物的形貌和相應的元素分布。

圖 7.（a）Ti-HESA和（b）Nb-HESA在700°C下氧化360小時的表面氧化物的形貌和相應的元素分布。

圖 8.700 °C氧化1 h后（a）Ti-HESA和（b）Nb-HESA的氧化物層的STEM明場圖像和相應的EDS圖，以及（c）Ti-HESA和（d）Nb-HESA氧化物層的SADPs。

圖 9.在700 °C下氧化24 h后Ti-HESA氧化物層的STEM-EDS圖，以及STEM圖像中相應區域1-3的SADP。

圖 10.在700 °C下氧化24 h后Nb-HESA氧化物層的STEM-EDS圖，以及STEM圖像中相應區域1-3的SADP。

在HESA中，Nb取代Ti對氧化動力學和尺度構成具有顯著的積極貢獻.在  (Ni2Co2FeCr)92Ti4Al4,合金，Nb的有益作用歸因于Cr和Al活性的增強，有利于保護Al的生長2O3和AlNbO4.此外，富氮化管 D019晶界沉淀物還通過短路抑制Fe和Cr向外擴散，從而抑制鐵尖晶石和氧化鉻的生長，從而有助于產生積極作用。