无钴Ni2AlTi基高熵合金的设计与性能表征：优异力学性能的突破

针对含钴高熵合金(HEAs)成本高的问题，研究人员设计出新型无钴Ni2AlTiA(A=FeCr/FeV/CrV)高熵合金体系。通过真空电弧熔炼制备的Ni2AlTiCrV展现出1562 MPa超高屈服强度和20.2%塑性，其L21/BCC共晶微观结构为高温应用提供新选择。

　　

在材料科学领域，高熵合金(HEAs)因其独特的"四大核心效应"——高熵混合、晶格畸变、迟滞扩散和鸡尾酒效应，成为突破传统合金性能极限的新宠。然而，当前主流HEAs体系普遍依赖昂贵的钴元素，如CoCrFeNiMn等经典配方，不仅成本居高不下，还面临资源稀缺的制约。更棘手的是，传统单相HEAs往往难以兼顾强度与塑性，而含钴双相体系虽能通过FCC/B2相组合实现性能平衡，却存在高温抗蠕变性能不足的缺陷。这些矛盾严重限制了HEAs在航空航天、能源装备等高温场景的应用前景。

针对这一重大需求，来自中国的研究团队（通讯作者单位为Shenzhen Knowledge Innovation Plan-Fundamental Research）在《Journal of Alloys and Compounds》发表创新成果。他们巧妙选择具有本征高强度的Ni₂AlTi金属间化合物为基体，通过引入Fe、Cr、V等廉价元素构建出(Ni₂AlTi)₅₀A₅₀(A=FeCr/FeV/CrV)新型无钴HEAs体系。研究采用真空电弧熔炼结合多轮重熔的制备工艺，借助X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)解析微观结构，通过维氏硬度和压缩试验评价力学性能，并利用Pandat软件进行相图计算。

微观结构特征
XRD与相图计算证实所有合金均形成L2₁(有序面心立方)和BCC双相结构。其中Ni₂AlTiCrV呈现独特的类共晶组织，L2₁相与BCC相以半共格界面紧密结合，这种"软硬相间"的微观构造为后续优异力学性能奠定基础。

力学性能突破
Ni₂AlTiCrV展现出惊人的综合性能：1562±168 MPa的屈服强度媲美含钴HEAs，20.20±2.73%的压缩塑性远超常规BCC型HEAs，554 HV的硬度更是彰显其耐磨潜力。这种"鱼与熊掌兼得"的特性源于Cr/V元素引发的固溶强化效应，以及共晶结构中L2₁相与BCC相的协同变形机制。

合金设计原理
研究人员提出δ-ΔH_mix参数调控策略：当原子尺寸差δ>3.5%且混合焓ΔH_mix<-5 kJ/mol时，更易形成稳定的BCC/L2₁双相结构。Ni₂AlTiCrV恰满足此条件，其δ=4.2%、ΔH_mix=-7.8 kJ/mol，因此获得理想的组织配置。

这项研究不仅开发出性能优异且成本降低30%的无钴HEAs新体系，更创新性地验证了BCC/L2₁相组合替代传统FCC/B2相的可能性。其类共晶结构设计思路为后续开发兼具高温强度与塑性的新材料提供了范式，在涡轮叶片、核反应堆部件等极端环境应用场景展现出巨大潜力。特别值得注意的是，通过精准调控δ和ΔH_mix等热力学参数指导合金设计的策略，为HEAs的成分优化建立了可量化的理论框架。