导读：为克服高熵合金强度-塑性协同问题，本文提出了一种新的策略，即激光冲击强化（LSP）和循环深冷处理（DCT），以产生梯度分层结构，从而促进高熵合金（HEA）的强度-延展性协同作用。结果表明，通过这种新策略处理的非等原子CrFeCoNiMn0.75Cu0.25HEA样品具有高强度（~1100MPa）和高塑性（30%）的出色组合。由于在处理表面附近引入了包含亚晶粒、致密位错和纳米孪晶(NTs)的梯度微结构，在LSP处理的HEA样品中实现了更高的屈服强度。然后，接下来的循环DCT处理可以进一步在LSP处理的HEA的核心区域引入各种类型的增强缺陷的微观结构，包括密集的相交NTs和堆垛层错，从而有效地提高抗拉强度和塑性。这些结果可以为通过调整残余应力和生成优化的微观结构来开发高性能HEA提供新的见解。

与其他异质结构合金相比，一类具有可调节微结构分布的梯度纳米结构金属材料由于强度和延展性的优异结合而引起了广泛关注。然而，使用各种加工技术在合金表面上仅产生了几百微米的梯度结构。由于其复杂的微观结构，进一步优化梯度结构合金的机械性能仍然是一个挑战。

激光冲击强化(LSP)可以在材料表层产生>106s?1的高应变率和高冲击应力(>10GPa)，是一种有效且简单的生成梯度微结构的方法。此外，LSP也可以在表层附近产生高幅度的压残余应力，而在核心区域可以产生拉应力。调整残余应力状态和微观结构是一个有趣的研究课题。深冷处理(DCT)是一种有效改善多种合金机械性能的无损方法，如Ti和Ni合金、TC6合金、IN718高温合金、Ti-6Al-4V合金和CrMnFeCoNi高熵合金(HEA)。因此，利用DCT进一步控制LSP后合金的显微组织是可行的。特别是，由于它们的多元素性质，许多面心立方(fcc)HEA中的堆垛层错能(SFE)随着温度的降低而降低。因此，低温有利于变形纳米孪晶（NTs）和堆垛层错（SFs）的形成。假设DCT可以在LSP处理的HEA样品中产生类似的有益效果是合理的。

在此，哈尔滨工业大学材料科学与工程学院的Wujing Fu、Hongge Li等人通过LSP技术处理典型的FCC HEA，即具有非等原子组成的CrFeCoNiMn0.75Cu0.25，然后以循环方式进行DCT。研究了循环DCT对LSP制造的CrFeCoNiMn0.75Cu0.25HEA的力学性能和微观结构演变的影响。这些结果对以非折中性方式加强HEA具有重要意义。相关研究成果以题“A new strategy to overcome the strength-ductility trade off of high entropy alloy”发表在材料顶刊Scripta Materialia上。

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359646222001786

CrFeCoNiMn0.75Cu0.25HEA锭是通过在吸钛氩气氛中电弧熔化纯Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu金属（>99.99wt.%纯度）制备的。将这些铸锭至少重熔六次以确保化学均匀性，并最终滴铸到尺寸为65×10×3mm3（长×宽×厚）的模具中。然后，抛光的CrFeCoNiMn0.75Cu0.25板样品在两侧受到两次LSP冲击。如图1(a)所示，在LSP实验过程中，激光束垂直入射到样品表面，并使用100μm厚的聚酯黑色胶带作为吸收层，以保护样品表面免受热效应的影响.使用厚度约为1.5mm的水层作为透明限制层。然后，使用液氮深度冷冻室进行循环DCT过程。LSP构建的样品首先冷却至室温，然后在液氮中浸泡12小时，最后再加热回室温并保持1小时。整个过程表示为“一个周期”，如图1（a）所示。在这项工作中，LSP处理的HEA样品进行了4个循环的DCT，表示为LSP+DCT。

图1 (a)引起分层微观结构的LSP+DCT工艺示意图。(b)残余应力沿深度方向的演变，(c)真实拉伸应力与应变曲线，插图I和II显示了铸态LSP的拉伸样品尺寸和应变硬化率(dσt/dεt)曲线和LSP+DCT处理的HEA样本。

图2 研究的不同状态HEA的微观结构演变。(a)所研究的HEA样品的XRD图案，在42°~ 45°范围内具有插入突出的(111)衍射峰。EBSD映射对应于(b)铸态(c)LSP和(d)LSP+DCT处理的HEA的偏向角分布。

图3 LSP和LSP+DCT处理样品沿不同深度的典型TEM明亮图像：（a），（c）~50μm和（b），（d）~300μm。(a)和(d)中的插图分别代表NTs沿[011]区轴的(SAED)图案和缺陷微结构的典型图。

图4 DCT1次循环后缺陷及微应力演变示意图。从(I)冷却到(II)会在低温均热温度下在核心区域产生拉伸应力σd。然后，在低温浸泡(II)至(III)期间，在这些拉伸应力(σt+σd)下产生NT（由croci标记）。在从(III)到(IV)再加热到室温时，由于缺陷的形成和相关的塑性变形，晶粒内产生了较高的残余应力。

综上所述，本文首先对CrFeCoNiMn0.75Cu0.25HEA样品进行LSP工艺，然后以循环方式进行DCT处理。这种新策略通过引入各种类型的增强微结构，是提高所研究的HEA力学性能的有效方法。与铸态和LSP处理的HEA样品相比，这些经过LSP+DCT处理的合金在拉伸载荷过程中具有更高程度的加工硬化能力，从而提高了它们的强度和塑性。这些发现为探索具有卓越机械性能的新型HEA铺平了道路。