L12强化型高熵合金在长期热暴露下的优异抗粗化性能与高温机械稳定性研究

针对高温结构材料在长期服役中因L12相粗化导致的性能退化问题，研究人员通过设计新型Ni-15Co-18Cr-6Fe基高熵合金（HEA），系统研究了750°C时效2000小时下晶粒尺寸、L12纳米颗粒及晶界析出相的演化规律。该合金展现出1.64×10?29 m3/s的超低粗化速率常数和<0.31%的TCP相含量，高温屈服强度稳定在700MPa以上，为航空发动机热端部件材料提供了新选择。

　　

在航空航天领域，高温结构材料的性能稳定性直接决定发动机叶片等关键部件的使用寿命。传统镍基超合金虽具备良好的高温强度，但长期暴露于750°C以上环境时，其强化相L1₂-Ni₃Al会快速粗化，导致力学性能断崖式下跌。更棘手的是，晶界处易析出拓扑密堆相（TCP），引发脆性断裂。高熵合金（HEA）因其独特的"高熵效应"和"迟滞扩散效应"被视为突破性候选材料，但现有L1₂强化型HEA普遍存在沉淀相体积分数不足（20-25%）和粗化抑制机制不明确等问题。

中国科学院金属研究所的研究团队创新性地设计出Ni-15Co-18Cr-6Fe-1.5Mo-5.3Al-3.5Ti-0.6Nb（at.%）成分体系，通过精确调控难熔元素含量，成功制备出L1₂相体积分数达40%的新型HEA。采用真空感应熔炼-热锻-冷轧-时效的全流程制备工艺，结合EBSD（电子背散射衍射）、APT（原子探针层析）等先进表征技术，系统研究了750°C时效过程中组织演变规律。

晶粒结构演化显示，经过2000小时时效后平均晶粒尺寸仅从12.3±1.5μm增至15.8±2.1μm，远低于传统合金的粗化速率。L1₂纳米沉淀相粗化动力学分析发现，其粗化速率常数低至1.64×10^?29 m³/s，比典型镍基超合金低1-2个数量级。这种异常缓慢的粗化行为源于Nb/Ti元素对FCC/L1₂相界面的稳定作用，以及HEA固有的扩散迟滞特性。晶界析出行为观测表明，TCP相含量始终控制在0.31%以下，有效避免了晶界脆化。

力学性能测试揭示出独特的"强度-塑性震荡"现象：时效500小时时因微量TCP相析出导致750°C延伸率降至3%，但继续时效至2000小时后延伸率回升至8%，同时屈服强度稳定在700MPa以上。这种自修复特性源于L1₂相与基体持续的共格协调作用。

该研究通过多尺度组织调控策略，首次实现了L1₂强化HEA在高温长时服役下的"双稳定"（组织稳定+性能稳定）目标。其创新性体现在：（1）建立难熔元素"微量掺杂"准则，平衡了沉淀相稳定性与晶界清洁度；（2）揭示L1₂相"界面锚定"效应，为设计抗粗化材料提供新思路。相关成果发表于《Materials Science in Semiconductor Processing》，为开发下一代航空发动机材料奠定了科学基础。