纳米Y2 O3 弥散强化镍基高熵合金的力学性能优化机制研究

本研究通过机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)技术，系统探究了Y2 O3 含量(0-5 vol.%)对Ni47 Al6 Co18 Cr8 Fe12 Ti8 W1 ODS高熵合金(HEA)微观结构与力学性能的影响。发现3 vol.% Y2 O3 可使合金获得1517 MPa屈服强度与27%压缩应变的优异平衡，揭示了动态再结晶(DRX)与氧化物弥散强化的协同作用机制，为高温结构材料设计提供新思路。

　　

在材料科学领域，高熵合金(HEA)因其独特的成分设计和卓越性能成为研究热点。然而传统HEA在高温下易出现强度下降、应力波动和脆性相析出等问题，严重制约其工程应用。氧化物弥散强化(ODS)虽能提升高温性能，但往往以牺牲塑性为代价。如何实现强度与塑性的协同提升，成为当前研究的核心挑战。

针对这一难题，印度理工学院等机构的研究人员创新性地设计了一种镍基ODS高熵合金Ni₄₇
Al₆
Co₁₈
Cr₈
Fe₁₂
Ti₈
W₁
，通过机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)技术引入纳米Y₂
O₃
弥散相。研究发现3 vol.% Y₂
O₃
可使合金获得1517 MPa屈服强度与27%压缩应变的优异组合，突破了传统ODS合金"强度-塑性"此消彼长的限制。该成果发表于《Materials Science and Engineering: A》，为开发新一代高温结构材料提供了重要理论依据。

关键技术方法包括：采用高纯元素粉末通过MA制备合金粉末；在SPS过程中优化烧结参数实现致密化；通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)分析微观结构；利用显微硬度计和万能试验机测试力学性能；重点研究不同Y₂
O₃
含量对动态再结晶行为的影响机制。

Alloy synthesis
研究采用Ni、Co、Al等元素粉末与0-5 vol.% Y₂
O₃
混合，经MA后通过SPS在特定条件下烧结。成分设计侧重高镍含量以稳定FCC相，避免σ等脆性相形成。

Results and discussion
微观结构分析显示：3 vol.% Y₂
O₃
样品形成均匀分布的Y₂
Ti₂
O₇
复合氧化物，有效抑制晶粒长大；5 vol.%组则因氧化物团聚导致致密度下降。力学测试表明：3 vol.%组展现最优强度-塑性组合，其压缩屈服强度达1517 MPa，远超1 vol.%组(1337 MPa)和5 vol.%组(1055 MPa)。变形机制研究表明：动态再结晶(DRX)在3 vol.%组更为显著，TEM观察到连续动态再结晶(CDRX)与非连续动态再结晶(DDRX)共存现象，这是保持高塑性的关键。

Conclusions
该研究证实：适量(3 vol.%)Y₂
O₃
添加可通过细化晶粒和促进DRX实现强度-塑性协同提升；过量添加(5 vol.%)则因氧化物团聚产生负面影响。创新性地揭示了ODS-HEA中CDRX与DDRX的协同作用机制，为开发高性能结构材料提供了新策略。研究成果对航空航天、能源装备等高温应用场景具有重要指导价值。