寻找在非常低的温度下具有良好断裂性能的结构材料是一项挑战，但对于太空探索等领域来说非常重要。日前，来自英国布里斯托大学和美国劳伦斯伯克利国家实验室等单位的研究人员，发现了一种中/高熵铬钴镍合金，在20开尔文时具有极高的断裂韧性！这种行为是由意外的相变引起的，当与其他微观结构结合时，相变阻止了裂纹的形成和扩展。这种合金的断裂韧性使其在一系列低温应用中具有潜在的用途。相关成果以“Exceptional fracture toughness of CrCoNi-based medium- and high-entropy alloys at 20 kelvin”发表在最新《Science》上。

CrCoNi基中熵和高熵合金表现出优异的损伤容限，尤其是在低温下。在本研究中，作者检测了等原子CrCoNi和CrMnFeCoNi合金在20开尔文（K）下的断裂韧性值。研究发现，CrMnFeCoNi和CrCoNi的裂纹萌生断裂韧性分别为262和459（MPa·m½）；在2.25毫米的稳定开裂后，CrCoNi显示出超过540 MPa·m½的裂纹扩展韧性。

20K下的裂纹尖端变形结构与高温下的裂纹尖变形结构截然不同。它们包括堆垛层错、细纳米孪晶和转变的ε马氏体的成核和受限生长，具有可促进位错的阻止和传输以产生强度和延展性的连贯界面。

作者认为，这些合金通过变形机制、位错滑移、层错形成、纳米孪晶和相变的渐进协同作用，发展了抗断裂能力，这些协同作用可延长应变硬化，同时提高强度和延展性，从而产生优异的韧性。

图 1.CrCoNi和CrMnFeCoNi合金的J-R曲线和断裂韧性值随温度的变化

图5.断裂韧性统计对比。