多主元素合金（MPEA）又稱高熵合金（HEAs），由于其具有高斷裂韌性、良好的耐磨性和疲勞性、高強(qiáng)度和良好的高溫性能等優(yōu)異的物理力學(xué)性能，為結(jié)構(gòu)合金的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了一種新的范式。然而具有固溶相的層狀排列的低共熔高熵合金代表了同時(shí)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和延展性的新范式，從而打破了傳統(tǒng)合金中這一眾所周知的認(rèn)識(shí)。

但是，這些共晶體系在外加載荷過(guò)程中的動(dòng)態(tài)強(qiáng)化機(jī)制和相界相互作用尚不清楚。來(lái)自美國(guó)北德克薩斯大學(xué)（University of North Texas）的一項(xiàng)研究項(xiàng)目中，系統(tǒng)地評(píng)估了AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的小尺度力學(xué)行為，系統(tǒng)的闡述一系列的試驗(yàn)結(jié)果，這為對(duì)特定相對(duì)濃縮合金整體機(jī)械響應(yīng)的基本理解鋪平道路，并有助于設(shè)計(jì)具有高斷裂韌性的結(jié)構(gòu)材料。相關(guān)論文以題為“Small-scale mechanical behavior of a eutectic high entropy alloy”于2月14日發(fā)表在ScientificReports。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41598-020-59513-2

在這項(xiàng)研究工作中，研究人員為了更好地理解加載過(guò)程中的相界相互作用，對(duì)AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的相態(tài)力學(xué)行為進(jìn)行系統(tǒng)研究。采用熔化一定比例的純?cè)氐姆绞剑苽涑鯝lCoCrFeNi2.1共晶高熵合金。

鑄態(tài)組織由（a）富Fe、Co、Cr的L12相和（b）富Ni、Al的B2相的共晶片層組成。鑄態(tài)合金的平均晶粒尺寸約為100μm，B2相由無(wú)序的體心立方結(jié)構(gòu)的富鉻相組成，平均尺寸約為20nm。AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金在拉伸和壓縮載荷下表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度和延展性。

在拉伸載荷下，屈服強(qiáng)度為750±24MPa，極限抗拉強(qiáng)度為1165±20 MPa，延伸率為18%。在壓縮載荷下，屈服強(qiáng)度為517±7 MPa，極限抗壓強(qiáng)度為1863±12 MPa，塑性為34.3%。斷口形貌可為B2相的脆性斷口和L12相的韌性斷口。

B2相的硬度高于L12相，模量略低于L12相。相特定應(yīng)變率靈敏度（SRS）測(cè)量表明，B2相的SRS值高于L12相。合金的總體SRS值與B2相的SRS值接近，表明B2控制了當(dāng)前EHEA的變形。

單軸微柱壓縮研究表明，B2相的屈服強(qiáng)度（610MPa）比L12相的屈服強(qiáng)度（460MPa）高。含有這兩種相的混合柱呈現(xiàn)雙屈服現(xiàn)象。兩相界面處的TEM分析表明，L12相位錯(cuò)密度高，并被含有高密度富Cr析出物的B2相阻擋。然而，即使在高壓縮應(yīng)變后，所有混合柱子的壓縮過(guò)程中也能很好地保存相邊界。

與L12相相比，B2相表現(xiàn)出較高的摩擦系數(shù)。利用立方角金剛石壓頭進(jìn)行小規(guī)模劃痕時(shí)，L12相通過(guò)形成多條滑移線和明顯的材料堆積而變形。

總之，這項(xiàng)研究中科研人員通過(guò)研究了AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金在小尺度下的力學(xué)行為，以期從根本上了解相特性對(duì)整體力學(xué)響應(yīng)的貢獻(xiàn)。有望為高熵合金（HEAs）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及開(kāi)發(fā)提供了一種新的范式，為共晶體系在外加載荷過(guò)程中的動(dòng)態(tài)強(qiáng)化機(jī)制和相界相互作用提供一定理論依據(jù)，為高熵合金在機(jī)械響應(yīng)的基理方面提供了數(shù)據(jù)支持。