由于受到越來越嚴苛的環保和經濟約束，火力發電廠在如何減少溫室氣體排放同時提高運行效率上面臨巨大挑戰。由于發電效率取決于運行蒸汽溫度、壓力和時長，因此提高發電核心部件用結構材料的蠕變性能尤為重要。然而，由于商用鐵素體鋼在較高溫度下的抗蠕變能力有限，由其制造的鍋爐、蒸汽輪機和燃氣輪機只能在893 K以下的溫度下運行，極大地限制了發電效率的提升。

高熵合金是近年來一種備受關注的新型合金。高熵合金在極端環境下具有優異的性能，例如，顯著的高溫強度、抗輻射和抗氧化能力。并且，高熵合金廣闊的成分調節空間為開發具有不同性能和目標屬性的關鍵結構材料帶來了巨大的機會。根據文獻研究發現，具有面心立方結構的高熵合金因其成本低、抗氧化和耐腐蝕性優異、微觀結構可調以及高溫強度高被認為是抗蠕變合金設計的最有潛力的候選材料。然而，目前針對高熵合金在高溫蠕變下的研究多局限于單相合金，在析出相對合金的蠕變性能及變形機制的影響研究上尚不全面。

煙臺大學陳淑英副教授聯合美國田納西大學和橡樹嶺國家實驗室主導研究了Al0.3CoCrFeNi合金在973-1033 K條件下的蠕變行為。該合金在高溫長時加載條件下展現出極其優異的耐蠕變性，比如最小蠕變率比已報道的高熵合金和部分傳統合金低至1-4個數量級。研究發現，單相FCC Al0.3CoCrFeNi固溶體合金在長時蠕變中產生外應力驅動內稟自生沉淀強化相，其對合金的變形機制和蠕變性能具有關鍵影響。據此，創新性地提出利用沉淀強化相大幅提高合金的蠕變強度。上述優異的高溫蠕變性能得益于在長時間高溫加載時，初始的單相面心立方結構在長時間高溫加載環境下形成了大量L12與B2析出相，在合金的高溫變形中起到了顯著的強化左右，延長了蠕變壽命，并大大降低了高溫蠕變率。相關論文以題為：“Extraordinary creep resistance in a non-equiatomic high-entropy alloy from the optimum solid-solution strengthening and stress-assisted precipitation process”發表在金屬頂刊《Acta Materialia》。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118600

如下圖所示，在973K下，本研究對Al0.3CoCrFeNi與其他已報道的部分高熵合金和傳統合金的最小蠕變率進行了比較。研究表明Al0.3CoCrFeNi合金表現出極其優越的耐高溫蠕變性，最小蠕變率比已報道合金低1-4個數量級。這種優異的高溫性能歸功于顯著的固溶強化，低的層錯能與蠕變過程中不斷產生的L12與B2相引起的析出強化作用的最佳結合效果。

下圖給出了Al0.3CoCrFeNi合金在不同蠕變時間下對應的三維原子探針結果。從圖中可看出富Cr和富Ni、Al元素的析出相，與掃描電鏡的結果是一致的。尤其是隨著蠕變過程的延長，富Ni與Al元素的析出相呈現出明顯的含量變化，

結合激活能計算和透射電鏡表征的結果分析表明在973K下蠕變變形早期主要是L12析出相-位錯和位錯滑移。當蠕變進行到晚期時，產生了越來越多的B2析出相，并取代L12作為可移動位錯滑移的主要障礙。與其他高熵合金和傳統合金相比， Al0.3CoCrFeNi 合金具有顯著降低的最小蠕變率、高應力指數和高的激活能，表明高溫性能得到顯著改善與提高。這是由于它們顯著的固溶強化、沉淀強化和基體的低層錯能的綜合作用所引起的。這種應力選擇析出過程為我們未來設計抗蠕變材料提供了一種新策略。