非等原子比FeMnCoNi高熵合金的优异变形能力与阻尼性能研究及其结构应用潜力

为解决传统阻尼合金机械性能与功能特性难以兼顾的问题，研究人员通过冷轧及短时退火处理开发了非等原子比FeMnCoNi高熵合金（HEAs）。该合金在700°C~800°C退火后展现出单相FCC结构、高延展性（断裂延伸率>60%）与优异阻尼性能（tan δ>0.05），其机制源于位错滑移主导的塑性变形及Granato-Lücke理论描述的位错往复运动。该研究为兼具结构强度与减振功能的一体化材料设计提供了新思路。

　　

在现代工业中，机械振动和噪声如同无形的“慢性病”，长期侵蚀着精密设备的使用寿命与运行稳定性。传统MnCu基阻尼合金虽能“止痛”，却存在成本高昂（价格是FeMn合金的4倍）、高温性能差（服役温度不足300°C）等“耐药性”问题。更棘手的是，这些材料的强度与阻尼性能往往“此消彼长”——就像试图同时抓住两只奔跑的兔子。高熵合金（HEAs）的出现为这一困境带来转机，其多主元特性犹如“分子调色盘”，可灵活调控微观结构。然而，现有HEAs阻尼研究多聚焦于复杂相变或界面效应，对简单单相体系中位错机制的探索仍是一片蓝海。

针对这一挑战，来自中国的研究团队以经典Cantor合金为蓝本，通过成分优化设计出Fe₆₀
Mn₂₀
Co₁₀
Ni₁₀
和Fe₅₀
Mn₂₀
Co₁₀
Ni₂₀
两种非等原子比HEAs。他们大胆剔除易引发脆性σ相的Cr元素，保留Co以调控层错能（SFE），并利用Ni提升耐蚀性。通过“冷轧+短时退火”这一看似简单的工艺组合，成功让材料同时“练就”了体操运动员般的柔韧性（延伸率>60%）和“吸音海绵”般的减振能力（tan δ>0.05），相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

关键技术方法
研究采用电弧熔炼制备合金铸锭，经1200°C/2h均匀化处理后进行冷轧变形，随后在700-800°C区间进行短时退火。利用EBSD（电子背散射衍射）和XRD（X射线衍射）表征微观结构，通过DMA（动态机械分析）测试阻尼性能，结合TEM（透射电镜）观察位错构型，最终通过拉伸试验评估力学性能。

研究结果

Characterization of initial microstructures of alloy samples
均匀化处理使铸态合金的元素偏析显著改善，EBSD证实两种合金均为单相FCC结构。XRD显示冷轧导致衍射峰宽化，而退火后峰形锐化，表明位错密度降低但未引发相变。

Conclusion

1. 退火态合金保持FCC单相结构，位错滑移主导塑性变形，大量位错胞结构促进加工硬化；
2. 阻尼性能源于振动载荷下位错在钉扎点间的往复运动，符合Granato-Lücke理论模型；
3. 二次冷轧会形成不可动位错缠结（剪切带结构），反而降低tan δ值；
4. 10Ni合金因更低层错能促进平面滑移，其阻尼性能优于20Ni合金。

这项研究犹如在金属材料的“基因图谱”中发现了新的“功能开关”——通过精准调控位错行为，让高强度与高阻尼这对“冤家”握手言和。其工艺路线（冷轧+退火）的普适性更为工业化应用铺平道路，未来或可应用于航天器减振支架、高铁转向架等“既要承重又要安静”的关键部件。值得注意的是，作者在讨论中埋下伏笔：Ni含量对腐蚀性能的影响将是下一阶段研究的“隐藏关卡”。