導讀：體心立方( BCC )輕質高熵合金( LHEAs )因其優異的力學性能而備受關注。相干有序納米沉淀法( CON )硬化是打破強度-塑性權衡的有效策略，其中實現高含量CON彌散分布是關鍵因素。在本工作中，我們選取了BCC結構的Ti - Zr - V - Nb - Al體系作為LHEA模型。通過調整B2 - CON的組成，使B2 - CON與基體的晶格錯配度保持在較低的水平(~0.2 % )，保證了高含量B2 - CON的彌散分布。此外，采用快速冷卻的低溫熱處理工藝，有效避免了其他有害析出相的形成。因此，在Ti - Zr - V - Nb - Al LHEAs中獲得了彌散分布的高含量( 65 % ) B2-CON，使其強度顯著提高至430 MPa (占總強度的41 %)，并保持了相當的延展性( 16 % )。本研究為開發具有優異強度和延展性的強化提供了有效途徑。

輕質高熵合金( LHEAs )是一種由多種輕元素組成的多主元合金，具有比強度高、抗氧化性能好、耐腐蝕性能好等優點，受到廣泛關注。目前，基于初級要素的LHEA主要有兩類。第一類是由超低密度元素( Al、Li、Mg等。)和3d過渡金屬( TM )元素組成。由于組成元素之間的電負性差異較大，這些合金體系中一般會形成金屬間化合物，嚴重惡化的延展性。第二類是由Ti、Zr、V、Nb、Cr等難熔元素組成；由于固溶強化效應和較低的價電子濃度，這些難熔LHEAs往往表現出相當的強度和塑性。由于體心立方( BCC )穩定元素( Nb、V、Cr等。)的貢獻，BCC通常是這些LHEAs中的主要結構，也可以稱為BCC - LHEAs。

盡管如此，探索具有優異力學性能的BCC - LHEAs仍是當前的研究熱點。目前，共格有序納米沉淀法( CON )強化是打破強度-塑性權衡的有效策略之一。在幾個Al - Co - Cr - Fe - Ni - V高熵合金體系中已經證明了CON強化。要有效實現CONs的強化效果，高含量且分散分布的CON是關鍵因素。最近，Xue等研究表明，當L12 - CON含量從41 %增加到48 %時，Al0.5 Cr0.9 FeNi2.5 V0.2高熵合金可獲得約440 MPa的額外強化效果，并能保持相當的塑性。最近，CON強化效應也在具有BCC結構的難熔高熵合金中得到證實。在Ti - Zr - V - Nb - Al LHEAs中，通過引入~ 17 % B2-CON，發現強度增加了 223 MPa，占總強度的~20 %。然而，在已報道的具有拉伸塑性的B2 - BCC高熵合金中，B2 - CON含量普遍較低，限制了其強化效果。當B2 - CON含量顯著增加至50 %時，BCC - LHEAs在拉伸過程中普遍變脆，嚴重限制了其工程應用。高含量引起的脆性被認為主要與B2 - CON的凈形狀分布有關。Senkov et al 發現當B2 - CON的含量增加到~50 %時，B2 - CON可以相互連接并呈現網狀結構。這種B2形態可以顯著阻礙變形帶的擴展，因為B2 - CON通常是脆性的，無法提供足夠的塑性變形，導致合金的塑性降低。因此，提高B2 - CON的含量，保證B2 - CON的分散分布，是實現B2 - CON增強BCC - LHEA高強韌性匹配的關鍵。

在本工作中，非等摩爾Ti - Zr - V - Nb - Al BCC - LHEA體系被選為B2 - CON強化BCC - LHEA的模型合金，因為它已經顯示出相當大的比強度和拉伸性能。通過調整Al元素和熱處理條件，成功獲得了B2 - CON含量較高(≥65 % )且分散分布的BCC - LHEA。B2 - CON的彌散分布主要是由于B2 - CON與BCC基體之間的晶格失配度較低。這種高含量的彌散B2 - CON對(占總強度的41 %)合金具有顯著的強化作用，其屈服強度可達到- 1072 MPa。同時，由于高含量B2 - CON的分散分布，其延性( 16 % )也很可觀。北京理工大學材料科學與工程學院薛云飛團隊作了相關研究，其研究成果以“Achieving outstanding strength-ductility matching in BCC light-weight high entropy alloys via high content ordered nanoprecipitates”為題，發表在Materials Science and Engineering: A上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509323012856

圖1 . ( a )均勻化BCC - LHEAs的XRD圖譜和( b、c、d、e) BSE圖像。

圖2 . ( a ) A0合金，( b ) A6.67合金，( c ) A12.5合金和( f ) A17.5合金的TEM暗場像和相應的選區電子衍射( SAED )圖譜。( d ) A12.5合金的HRTEM圖像和( e ) BCC和B2 - CON的共格界面。

圖3 .均勻化BCC - LWHEAs的拉伸應力-應變曲線。

圖4 . ( a ) ( b ) ( c ) BSE圖，( d ) ( e ) ( f ) A12.5合金在400 ° C、600 ° C和800 ° C時效的TEM暗場像和相應的SAED圖。

圖5 .不同時效溫度下A12.5合金的拉伸應力-應變曲線。

圖6 . ( a ) BCC - LWHEA的偽二元圖；( b ) TTT圖示意圖。

在本文中，我們研究了Al含量和熱處理對非等原子TiZrVNbAl BCC-LHEAs中B2-CON形貌和力學性能的影響。可以得出以下結論。

(1） 通過調整Al元素含量，得到了含量為~ 28%的分散B2-CON，進一步低溫時效處理(400°C-2h)可使分散B2-CON含量提高到~ 65%，避免脆性相的析出。

(2） 在A12.5 BCC- lhea中，B2-CON與BCC基體之間的晶格失配低至~ 0.17%，這有利于B2-CON在高含量~ 65%時的分散分布。

(3） 高含量(~ 65%)分散分布的B2-CON顯著提高了強度(~ 433 MPa，占總屈服強度1072 MPa的~ 41%)，并保證了可觀的延展性(~ 16%)。