超细晶As-Fe-20Cr中熵合金的固溶强化：实现超高压缩强度与腐蚀抗性的协同优化

为解决砷(As)基材料机械性能差、环境稳定性不足等问题，研究人员通过机械合金化(MA)和真空热压烧结(VHPS)技术开发了As-Fe-x Cr中熵合金(MEA)。研究发现20wt.% Cr的添加使合金形成单相结构，压缩强度达1450.63 MPa（TCLP处理后1345.37 MPa），并通过Cr2 O3 钝化膜显著提升腐蚀抗性，为高强耐蚀As基材料设计提供新策略。

　　

砷（As）长期以来因其毒性和挥发性被视为工业应用的禁忌元素，但它在功能材料如砷化硼（BAs）、黑砷磷（b-AsP）中展现出独特电子特性。然而，低密度、加工困难和机械性能缺陷严重限制了其实际应用。如何突破这些瓶颈，同时控制环境风险？国家自然科学基金支持的研究团队另辟蹊径，将As纳入多主元合金（MPEA）设计框架，通过创新工艺开发出兼具超高强度和环境稳定性的新型材料。这项突破性成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究团队采用机械合金化（MA，通过高能球磨制备纳米复合粉末）结合真空热压烧结（VHPS，在无氧环境下高温加压成型）两大关键技术，系统研究了Cr含量（5-20wt.%）对As-Fe基合金的影响。原料采用As、Fe、Cr粉末，通过毒性浸出特性（TCLP）测试评估环境安全性。

As-Fe-Cr合金制备
通过MA-VHPS联用技术成功制备系列合金。X射线衍射（XRD）显示Cr含量增加促使双相向单相转变，20wt.% Cr时形成均匀(Fe,Cr)固溶体。

PAMPs表征
扫描电镜（SEM）显示Cr以片状团聚体存在，随含量增加逐渐细化。能谱分析证实元素分布均匀化，为后续烧结奠定基础。

结论
As-Fe-20Cr展现出最优性能：TCLP前后压缩强度分别达1450.63 MPa和1345.37 MPa，腐蚀电流密度降低两个数量级。其强化机制源于三重作用：Cr固溶引起的晶格畸变、MA-VHPS获得的超细晶（<500nm）结构、Cr₂
O₃
钝化膜的"自修复"特性。

这项研究首次阐明Cr在As-Fe体系中的双重作用机制：既是固溶强化元素，又是腐蚀防护屏障。通过精确控制Cr含量（≥20wt.%），成功实现强度-耐蚀性的协同提升，为有毒元素的高值化利用提供了范式。该合金在苛刻环境（如化工设备、核废料封装）中展现出应用潜力，其设计思路可拓展至其他含易挥发元素合金体系。Feiping Zhao团队特别指出，MA过程中形成的纳米晶界能有效钉扎As原子，而VHPS工艺将As挥发率控制在0.11%以下，这对类似材料的工业化生产具有重要指导意义。