磁场调控FeCoNiCuAl双相高熵合金合成的效应与机制研究

为解决双相高熵合金(DHEAs)制备中存在的元素偏析、晶粒粗化及力学性能不足等问题，研究人员通过电弧熔炼结合磁场调控技术，系统研究了磁场强度对FeCoNiCuAl合金微观结构的影响。研究发现，15 mT磁场可诱导合金凝固模式向亚共晶转变，减少元素偏析，并通过热电磁力(TEMF)和晶粒取向生长机制优化纳米孪晶形态，使FCC和BCC相硬度分别提升29.86%和28.33%。该研究为高性能DHEAs的制备提供了新策略。

　　

在材料科学领域，高熵合金(HEAs)因其多主元特性展现出卓越的强度、韧性和耐腐蚀性，成为近年来的研究热点。然而，单相高熵合金往往难以兼顾强度与塑性，而双相高熵合金(DHEAs)通过结合面心立方(FCC)和体心立方(BCC)相的优势，为解决这一矛盾提供了可能。但传统电弧熔炼制备的DHEAs存在元素偏析、晶粒粗化等问题，严重制约其工程应用。为此，北京理工大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表论文，创新性地引入磁场调控技术，揭示了磁场对FeCoNiCuAl DHEA相形成机制的调控规律。

研究采用电弧熔炼结合磁场发生器的技术路径，通过X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)和纳米压痕等技术，系统分析了不同磁场强度(0-15 mT)下合金的相组成、晶体取向和力学性能变化。

Phase composition
XRD分析表明，磁场未改变FCC/BCC双相结构，但15 mT磁场使合金凝固模式从非平衡凝固转变为亚共晶凝固，显著减少Cu、Al元素偏析。EBSD数据显示，磁场诱导FCC相织构从<001>转变为<111>取向，几何必须位错(ρ^GND
)呈先降后升趋势。

Conclusions
研究发现，15 mT磁场通过热电磁力(TEMF)和晶粒取向生长机制，使FCC纳米孪晶从球形向棒状演变，生长方向沿{111}孪晶面。这种微观结构优化使FCC和BCC相硬度分别提升29.86%和28.33%，归因于Hall-Petch效应、固溶强化及纳米孪晶形态改变。

该研究首次阐明了磁场调控DHEAs凝固模式的转变机制，提出的低强度磁场制备方法在航空航天、核能等领域具有重要应用价值。通过非接触物理场实现材料性能提升的策略，为工业化生产高性能合金提供了新思路。