近日，北京理工大学材料学院高熵合金课题组在共格纳米相强化高熵合金的组织调控与强韧化机制方面取得新进展。金属材料领域顶级期刊《Acta Materialia》以“Precipitation and micromechanical behavior of the coherent ordered nanoprecipitation strengthened Al-Cr-Fe-Ni-V high entropy alloy”为题对该研究进行了报道。北京理工大学材料学院博士生王林静为第一作者，北京理工大学材料学院薛云飞教授和先进结构技术研究院王亮博士后为共同通讯作者。

该工作从微观尺度加深了对高熵合金的共格纳米相析出过程和强韧化机制的基本理解，并建立了相关合金的工艺-组织-性能关系。为共格纳米相强化高熵合金的微观组织调控和力学性能优化提供指导。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421005012

（DOI: 10.1016/j.actamat.2021.117121）

共格纳米相强化高熵合金以其显著的强韧化效果受到人们的广泛关注。然而，该类合金的动力学过程与微观强韧化机制并不清楚，需要继续深入研究，以揭示相关机理，指导组织调控。为此，课题组利用原位同步辐射高能X射线衍射技术并结合TEM等先进分析技术，以课题组已开发出的超强韧Al-Cr-Fe-Ni-V高熵合金为例，开展了系统研究。

图3。(a) EBSD 图像显示 ST 合金的均匀等轴晶粒结构。(b-k)不同预变形程度的合金在 700 °C 时效 1 h 的SEM图像：0% (b) 35% (c-e)、50% (f-h)、72% (i- k))。再结晶区和非再结晶区分别标记为A和B。(l) 再结晶体积分数 ( f Re ) 和再结晶晶粒尺寸( d ) 与预变形程度。（m）再结晶区中 BCC 相（f BCC）和 L1 2相（f L12）的体积分数与预变形程度的关系。( n) BCC 相的层间距 ( D ) 和层厚度 ( w )，以及旋节线结构 (SDS) 的波长 ( λ ) 与预变形程度。

图 5。CR72 合金在 500 (a, b)、600 (c, d)、700 (e, f)、800 (g, h)、900 (i, j) 和 1000 °C (k, l ) 1 小时。再结晶区和非再结晶区分别标记为A和B。(b)、(d)、(f)、(h)、(j)、(l)是(a)、(c)、(e)、(g)、(i)、(k)的放大图） 分别。(b)、(d)、(f)、(h)、(j)中的SAED模式表示FCC/L1 2和BCC相之间的KS取向关系。(m) 再结晶体积分数 ( f Re ) 和再结晶晶粒尺寸( d ) 与时效温度的关系。(n) BCC 相 ( f BCC ) 和 L1 2 的体积分数再结晶区中的相 ( f L12 ) 与时效温度的关系。(o) BCC 相的层间距 ( D ) 和层厚度 ( w )，以及旋节线结构 (SDS) 的波长 ( λ ) 与老化温度的关系。

动力学过程方面：发现形变驱动力是实现高含量纳米析出相的关键。与未变形+时效相比，冷变形+时效引入的L12相含量增加150%，同时L12相尺寸由~1000nm细化至~10nm。这是因为通过变形引入的密集变形带可成为各组元的扩散通道，有效提升L12相析出的驱动力，同时迟滞扩散效应可限制元素扩散距离，促使组元发生纳米尺度的偏聚。这种纳米尺度的成分涨落诱发形成有序（L12共格纳米相）-无序（FCC高熵基体）的共格纳米结构。

预变形对Al-Cr-Fe-Ni-V高熵合金中共格纳米相析出行为的影响机制（a-b）以及合金的微观变形行为（c-d）

强韧化机制方面：发现高含量的有序-无序共格纳米结构是实现优异强度塑性匹配的关键。高含量L12纳米相带来合金强度显著提升的同时，FCC-L12共格纳米结构有效缩短了FCC基体中位错扩展的平均自由程，促使位错均匀形核，有利于合金发生均匀变形；此外，FCC-L12低错配共格界面保证位错可穿过L12相，有利于FCC-L12两相协同变形，有效降低应力集中，延缓微裂纹形成，保证了合金的良好塑性变形能力。

图 7。不同工艺合金的拉伸工程应力-应变曲线。