相工程策略克服L12强化镍钴铬基高熵合金中温脆性：界面调控与性能突破

本研究通过创新的热机械加工相工程策略，成功利用拓扑密堆（TCP）相钉扎晶界并协同动态再结晶（DRX）效应，突破性解决了L12强化高熵合金（HEAs）在700~800℃的中温脆性（ITB）难题。该策略在保持纳米级L12析出相强化基础上，实现链状TCP相晶界分布，使合金在750℃和800℃下同时获得高强度（YS 863MPa）和高延伸率（23.7%），为高温结构材料设计提供了新范式。

　　

Section snippets

Experimental

Ni-25Co-16Cr-6Fe-4Mo-6W-3Al-4.5Ti-1Nb（重量百分比）高熵合金采用纯度超过99.95%的金属原料制备。氩气保护下进行电弧熔炼，合金锭经过至少六次重熔以确保化学均匀性。为消除铸态合金成分偏析，在1150℃进行2小时均匀化处理。均匀化后的锭材经冷轧至约80%厚度减薄率，后续进行热机械加工。

Microstructure

图1展示了铸态高熵合金的微观结构。图1a呈现典型的彩色反极图（IPF），显示明显的柱状晶结构。图1b-c的放大区域可见沿晶界析出的块状B2相，体积分数约3.5%。图1d-f的SEM图像进一步揭示了微观结构特征。

The effect of the second phase on ITB

为揭示铸态高熵合金与热机械加工（RAA）高熵合金在中温区间延展性显著差异的本质原因，我们针对800℃拉伸断裂样品展开详细研究。图5展示了铸态合金在800℃断裂后的典型变形微观结构。图5a-b分别对应IPF图和核平均误取向（KAM）图。浅色区域表明变形过程中动态再结晶（DRX）的激活，而高KAM值区域则对应位错积累带。值得注意的是，裂纹主要沿无TCP相保护的晶界扩展（图5c红色箭头），且B2相与基体界面处出现微孔聚集（图5d），表明有害相加速了晶界脆性断裂。

Conclusion

本研究开发了一种在晶界具有链状纳米拓扑密堆（TCP）相且保留纳米级L1₂析出相的高熵合金。通过热机械加工调控TCP相分布，该合金在750℃和800℃表现出卓越的强度与延展性，显著克服了中温脆性（ITB）。对高温下的微观结构、力学性能、断裂机制和变形机制进行了全面研究，主要结论如下：链状TCP相有效抑制晶界裂纹扩展，动态再结晶（DRX）缓解应力集中，协同提升中温延性；低层错能促进层错、Lomer-Cottrell锁和变形孪晶形成，通过动态Hall-Petch效应维持高温强度。