新型高性价比Al15Cr15Fe50Ni20-xNbx高熵合金：微观结构、力学性能与腐蚀性能的协同调控

为解决高熵合金(HEAs)在力学性能与腐蚀性能协同优化方面的挑战，研究人员通过真空电弧熔炼制备了Al15Cr15Fe50Ni20-xNbx系列合金，系统研究了Nb含量对相组成、力学性能及耐蚀性的影响。结果表明：Nb添加诱导晶格畸变并促进C14-Laves相形成，使合金硬度提升至547.62 HV，其中Al15Cr15Fe50Ni18Nb2展现优异强塑性匹配（屈服强度1305.6 MPa，断裂应变48.72%），而Al15Cr15Fe50Ni12Nb8腐蚀电流密度低至0.431 μA/cm2。该研究为开发高性能低成本HEAs提供了新思路。

　　

高熵合金（High-entropy alloys, HEAs）作为材料科学领域的新星，因其独特的成分设计和优异的性能组合备受关注。然而，传统HEAs往往依赖昂贵元素（如Co、Ti）实现高性能，且力学性能与耐蚀性常存在此消彼长的矛盾。如何通过低成本元素配伍和微观结构调控实现性能协同提升，成为当前研究的核心挑战。

针对这一难题，国内研究人员在《Materials Characterization》发表了关于Al₁₅Cr₁₅Fe₅₀Ni_20-xNb_x高熵合金的创新研究。该工作采用真空电弧熔炼技术制备了不同Nb含量（x=0-8）的合金系列，通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、电化学测试等手段系统解析了Nb对相演变、力学性能及腐蚀行为的影响机制。

关键实验技术

1. 真空电弧熔炼制备六组不同Nb含量的HEAs
2. XRD与SEM/EDS分析相组成与微观结构
3. 显微硬度仪测试力学性能
4. 电化学工作站评估3.5 wt% NaCl溶液中的腐蚀行为

研究结果
1. 微观结构演变
基础合金（x=0）呈现面心立方（FCC）与体心立方（BCC）双相结构，BCC相以纳米尺度析出于FCC基体。Nb添加引发显著晶格畸变：当x=2时形成离异共晶结构（FCC初生相）；x≥4时则转变为亚共晶结构，析出硬质C14-Laves相，且随Nb含量增加其体积分数升高。

2. 力学性能提升
Nb的固溶强化与Laves相析出使合金硬度从415.58 HV（x=0）提升至547.62 HV（x=8）。Al₁₅Cr₁₅Fe₅₀Ni₁₈Nb₂展现最佳强塑性平衡：屈服强度（YS）达1305.6 MPa，断裂强度2591.4 MPa，同时保持48.72%的断裂应变。更高Nb含量虽提升强度，但因脆性相增多导致塑性下降。

3. 腐蚀性能优化
在3.5 wt% NaCl溶液中，Nb促进钝化膜形成，显著降低腐蚀电流：Al₁₅Cr₁₅Fe₅₀Ni₁₂Nb₈的自腐蚀电位（E_corr）升至-360.17 mV，腐蚀电流密度（I_corr）仅为0.431 μA/cm²，较基础合金改善约3倍。

结论与意义
该研究揭示了Nb通过三重作用机制调控HEAs性能：晶格畸变强化基体、Laves相析出实现沉淀强化、促进钝化膜提升耐蚀性。创新性地采用Fe-Cr-Ni-Al低成本体系，通过精准的Nb微合金化设计，突破了传统HEAs"高强度-高耐蚀性不可兼得"的瓶颈。研究成果为海洋工程、化工装备等苛刻环境用结构材料的开发提供了新策略，兼具学术价值与工程应用前景。