创新策略：利用高密度纳米沉淀自组织结构（NSOS）突破多主元合金的强度-塑性权衡困境

本综述提出了一种突破性策略，通过构建高密度纳米沉淀自组织结构（NSOS）解决多主元合金（MPEA）中碳化物引起的强度-塑性权衡问题。研究采用0.2 wt.%间隙碳（C）和放电等离子烧结（SPS）技术，在晶内自发形成共格L12纳米沉淀（NSOS），实现了1824 MPa屈服强度和7.6%延伸率的优异组合。该结构通过位错切割机制分散应力，延迟晶界（GBs）碳化物的应力集中，并激活堆垛层错和形变孪生等硬化机制，为高性能结构合金设计提供了新范式。

　　

Highlight

本研究通过创新性地构建高密度纳米沉淀自组织结构（NSOS），成功解决了多主元合金（MPEA）中因晶界碳化物导致的强度-塑性权衡难题。该结构在放电等离子烧结（SPS）过程中自发形成，无需后续热处理，为实现高性能结构合金提供了新范式。

Microstructure and phase composition

所有多主元合金均呈现等轴晶结构（图1a-d）。通过截面法测定，MPEA-C0、C0.1、C0.2和C0.3的平均晶粒尺寸分别为～15.7 μm、～14.2 μm、～14.1 μm和～14.2 μm（图1e-h）。X射线衍射（XRD）分析显示所有合金均以面心立方（FCC）相为主（图1i）。随着碳含量增加，衍射峰向高角度偏移，表明晶格畸变加剧。扫描电镜（SEM）显示晶界处存在块状碳化物（图1j-m），其含量随碳添加量增加而上升。透射电镜（TEM）进一步证实晶内存在高密度L1₂-Ni₃(Al,Ti,Ta)纳米沉淀（图2a-d），其数密度随碳含量增加呈现先升后降趋势（图2e）。

Construction of high-density nanoprecipitate self-organized structure

图8展示了碳含量对多主元合金微观结构影响的示意图。未添加碳的MPEA-C0合金中存在球形L1₂纳米沉淀（平均尺寸～30 nm，数密度1.0×10²² m^-3）和粗化L1₂相。通过添加0.2 wt.%碳并采用SPS技术，成功在晶内构建了高密度NSOS结构。该结构由共格L1₂纳米沉淀组成，能有效阻碍位错运动，迫使位错通过切割机制穿过纳米颗粒群，从而消耗能量而非在晶界处聚集。这种独特的能量耗散机制显著降低了晶界碳化物的应力集中，为激活堆垛层错网络和形变孪生等附加硬化机制创造了条件。

Conclusions

本研究通过精准控制间隙碳含量（0.2 wt.%）和采用放电等离子烧结技术，成功在多主元合金晶内构建了高密度纳米沉淀自组织结构（NSOS）。该结构通过阻断位错向晶界传输的路径，有效缓解了晶界碳化物的应力集中问题，同时激活了堆垛层错和形变孪生等应变硬化机制，最终实现了强度与塑性的协同提升（屈服强度～1824 MPa，延伸率～7.6%）。这种通过构建NSOS保护晶界碳化物的设计策略为开发高性能结构合金提供了新思路。