真空蒸馏法绿色回收战略金属资源：Mg-Al-In、Mg-In及Al-In合金体系的分离纯化工艺研究

为解决含钴高熵合金(HEAs)成本高、资源受限的问题，研究人员开发了新型无钴Ni2AlTiA（A=CrV/FeCr/FeV）高熵合金体系。通过真空电弧熔炼制备的Ni2AlTiCrV展现出1562±168 MPa的屈服强度和20.2%的塑性，其优异性能源于L21/BCC双相共晶结构，为高温工程应用提供了低成本高性能解决方案。

　　

在材料科学领域，高熵合金(HEAs)因其独特的多元组分设计和卓越性能成为研究热点。然而，传统HEAs中普遍使用的钴元素不仅价格昂贵，且存在供应链风险。更棘手的是，含钴合金在高温应用中常面临相稳定性不足的问题，而单相HEAs又难以兼顾强度与塑性。这些矛盾严重制约了HEAs在航空航天、能源装备等关键领域的应用前景。

针对这一系列挑战，来自成都中科新材料技术工程有限公司（Chengdu Zhongke New Materials Technology Engineering Co., Ltd）的Ye Liu团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表创新研究。他们巧妙利用Ni₂AlTi基体的有序L2₁相（一种具有特定原子排列的金属间化合物）与BCC（体心立方）相的协同效应，通过真空电弧熔炼技术成功制备出三种无钴(Ni₂AlTi)₅₀A₅₀（A=FeCr/FeV/CrV）高熵合金。研究采用X射线衍射(XRD)和显微硬度测试等表征手段，结合Pandat软件进行相图计算，系统分析了合金的微观结构与性能关系。

微观结构特征
Ni₂AlTiCrV合金展现出独特的类共晶结构，由纳米级L2₁相与韧性BCC相组成。这种微观结构通过半共格相界面产生显著背应力，既提高了强度又促进加工硬化。特别值得注意的是，Cr/V元素的固溶强化使该合金硬度达到554 HV，远超传统镍基合金。

力学性能突破
压缩测试显示Ni₂AlTiCrV具有1562±168 MPa的屈服强度和20.20±2.73%的塑性，这种"高强度-高塑性"组合在无钴HEAs中极为罕见。对比实验证实，用Fe替代V形成的Ni₂AlTiFeCr合金会生成B2（Ni-Al）相，虽保持双相结构但力学性能略有下降，说明Cr-V组合对优化性能具有独特作用。

合金设计原理
研究人员提出"高熵效应主导相形成"的设计理念：当构型熵超过1.5R（R为气体常数）时，合金倾向于形成简单固溶体而非复杂金属间化合物。Ni₂AlTiCrV的δ参数（原子尺寸差异）为3.2%，VEC（价电子浓度）为6.8，这些热力学参数精准预测了其稳定的BCC/L2₁双相结构。

这项研究的意义不仅在于开发出性能优异的Ni₂AlTiCrV合金，更建立了无钴HEAs的普适性设计准则。通过完全摒弃昂贵的钴元素，该合金体系的原材料成本降低约40%，同时其高温稳定性优于传统FCC/B2型HEAs。研究成果为航空发动机叶片、核反应堆结构件等高温应用场景提供了兼具经济效益与性能优势的新材料选择，对推动战略金属资源可持续利用具有重要示范意义。