AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金微观划痕特性研究：多尺度变形机制与加工指导

为解决AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金（EHEA）因复杂层状结构导致的高质量加工难题，研究人员通过划痕实验与有限元分析（FEA）揭示了其微观变形行为，发现初生FCC相晶向差异直接影响晶体变形机制，层状交替引发相界处间歇性堆积和表面缺陷。该研究为共晶合金微加工提供了理论指导，发表于《Journal of Alloys and Compounds Communications》。

　　

在材料科学领域，高熵合金（HEAs）因其独特的固溶体结构和卓越性能成为研究热点，但单相高熵合金常面临强度与塑性难以兼得的困境。AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金（EHEA）通过交替排列的FCC（面心立方）和B2（有序体心立方）层状结构实现了优异的强塑性平衡，然而这种微观结构的复杂性也给精密加工带来了挑战。传统宏观力学测试难以揭示其微观变形机制，而划痕测试（scratch testing）结合有限元分析（FEA）为解析亚微米尺度行为提供了新思路。

为探究AlCoCrFeNi_2.1 EHEA的微观变形规律，研究人员系统开展了划痕实验，结合扫描电镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）分析微观结构，并通过FEA模拟划痕过程中的应力应变分布。研究发现，初生FCC相晶向差异显著影响变形机制：最大施密特因子（Schmid factor）较大的晶粒表现出更宽的划痕宽度和深度；层状交替导致相界处间歇性材料堆积和表面缺陷。有限元分析进一步揭示了相界附近的亚表面应力变化规律。

材料与实验
研究采用真空电弧熔炼制备AlCoCrFeNi_2.1 EHEA试样，经精密抛光后使用定制划痕仪进行测试，载荷范围5-100 mN，划痕速度10 μm/s。通过SEM和EBSD表征微观结构，并建立三维有限元模型模拟划痕过程。

微观形貌
EBSD分析显示材料包含初生FCC区（P-FCC）、初生B2区（P-B2）和共晶区（FCC+B2）。共晶区中FCC层（浅色）与B2层（深色）交替排列，形成典型层状结构。

结论
研究表明：1）划痕过程中犁削（ploughing）是主要变形机制，侧向载荷波动与晶向差异直接相关；2）FCC相晶粒取向通过施密特因子影响变形程度；3）层状交替导致相界处应力集中，引发间歇性堆积。该研究首次系统揭示了EHEA在亚微米尺度的动态变形行为，为高精度加工提供了理论依据。

这项工作的创新性在于将多尺度实验与计算模拟相结合，突破了传统研究仅通过残余划痕反推变形机制的局限。研究成果不仅深化了对共晶合金变形机理的认识，更为开发新型高熵合金精密加工工艺奠定了科学基础。