双模态L12析出强化NiCoCrMoW多主元合金在常温和低温下的强塑性协同机制研究

针对多主元合金(MPEAs)中强度-塑性的固有矛盾，研究人员通过Al/Ti元素掺杂和热处理工艺优化，成功开发出具有双模态L12析出相的Ni47Co26.5Cr12Al5Ti4.5Mo3W2合金。该合金在298K和77K下分别实现1124MPa/29.3%和1263MPa/43.1%的强塑性协同提升，为低温应用材料设计提供新范式。

　　

在材料科学领域，多主元合金（Multi-principal element alloys, MPEAs）因其独特的性能组合成为研究热点。然而，这类合金普遍面临强度与塑性相互制约的难题——提高强度往往以牺牲塑性为代价，这严重限制了其工程应用。传统解决策略如引入非共格硬质相（如σ相、L2₁相）虽能提升强度，却会导致塑性急剧下降。与此同时，极端环境（如低温）对材料性能提出更高要求，而关于L1₂强化合金在77K下的变形机制研究仍存空白。

针对这些挑战，广东工业大学等机构的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表创新成果。他们基于前期开发的Ni₄₈Co₃₃Cr₉Mo₄W₆合金体系，通过CALPHAD（计算相图）技术指导成分设计，将Mo/W比例降低并引入Al/Ti元素，开发出新型Ni₄₇Co_26.5Cr₁₂Al₅Ti_4.5Mo₃W₂合金。采用变形后退火（PDA）结合时效处理，成功构建双模态L1₂析出结构——37.8nm细小析出相均匀分布于基体，416.5nm大尺寸析出相局部存在。这种独特微观结构使合金在298K和77K下均实现强度-塑性协同提升，其中77K下极限抗拉强度达1893MPa，延伸率高达43.1%，突破传统性能边界。

关键技术方法包括：真空电弧熔炼制备合金铸锭，结合热机械处理（thermo-mechanical treatment）调控微观结构；X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征相组成；电子背散射衍射（EBSD）分析晶粒取向；通过室温/低温拉伸试验评估力学性能；采用TEM原位观察位错与析出相的相互作用机制。

相组成与微观结构
计算相图显示合金在700℃时L1₂相体积分数达40%。XRD证实时效处理后仅存在FCC（面心立方）和L1₂两相，无有害相析出。EBSD分析揭示双模态析出相有效抑制再结晶和晶粒粗化，获得平均尺寸4.2μm的细晶组织。

析出相主导的变形机制
在298K下，位错通过剪切机制穿越细小L1₂相（P2），同时大尺寸析出相（P1）触发Orowan绕过机制，形成位错缠结。77K下变形机制转变为高密度堆垛层错（SFs）和Lomer-Cottrell锁（L-C locks）的协同作用：细小析出相促进SFs形核，而大尺寸析出相阻碍位错运动，产生更多L-C locks。这种多尺度缺陷交互作用显著提升应变硬化能力。

结论与意义
该研究通过成分-工艺协同设计，实现三大创新：（1）首创双模态L1₂析出结构，细小相（37.8nm）通过位错剪切强化，大尺寸相（416.5nm）通过Orowan机制阻碍晶界迁移；（2）揭示低温下SFs和L-C locks的协同强化机制；（3）证实Mo/W比例调控可避免有害相析出。这项工作不仅为MPEAs的强塑性协同提升提供新思路（"析出相尺寸梯度"设计策略），更推动L1₂强化合金在液氮存储、航天低温部件等领域的应用。研究团队Xiaohui Qin、Zhiqiang Fu等强调，双模态析出结构可拓展至其他合金体系，为开发下一代极端环境材料奠定理论基础。