近期，亿万先生MR资料科学与工程学院资料钻研所无序合金团队在高机能高熵合金钻研领域获得了一系列进展，在Corrosion Science、Composites Part B: Engineering、Virtual and Physical Prototyping、Journal of Materials Science & Technology、Materials Science and Engineering: A、Surface and Coatings Technology等期刊颁发了有关成就
。这些成就在新型高熵合金的成分设计、微观组织调控、工艺优化、机能提升和构件成型等方面提出了新的见解，为高机能金属合金的研发提供了理论支持和技术规划
。

进展一：为追求资料更卓越的机能，钻研人员将高熵合金(HEAs)的概想扩大到了金属间化合物系统，形成炼熵金属间化合物(HEIMs)和高熵金属间化合物基复合伙料(HEIMCs)
。团队通过火花等离子烧结(SPS)技术成功造备了一种新型并含有原位合成TiB₂纳米颗粒的Ni-43.9Co-22.4Fe-8.8Al-10.7Ti-11.7B-2.5 HEIMCs
。所得到的HEIMCs块材拥有有序的L1₂结构的金属间化合物基体(Ni, Co, Fe)3(Al, Ti, Fe)和六方密堆结构(HCP)的TiB₂纳米结构加强相，加强相的均匀尺寸为28.05?±?0.13 nm
。由于L1₂金属间化合物基体的固有高强度和TiB₂加强的异质散布，HEIMCs阐发出了约1.4 GPa的优异抗拉强度
。同时，团队钻研发现TiB₂纳米颗粒在故障裂纹传布和与颗粒界面上的怪异无序界面协同作用方面起到了关键作用
。团队还在HEIMCs中发现了怪异的无序界面，其均匀宽度在5-10nm领域内，可延缓断裂和提高塑性变形时的应变硬化速度
。团队造备的HEIMCs克服了传统金属间化合物通常存在的局限性，并提供杰出的强度和延展性平衡
。这项钻研了局有望为设计拥有优异力学机能的原位加强HEIMCs提供清澈的思路
。[该成就由穆永坤博后和贾延东钻研员共同领导，硕士生胡珍实现，颁发于Composites Part B: Engineering (2024)，https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111556]

图1. (a)HEIMC-4样品的HAADF STEM图像，(b)HEIMC-1、-2、-3和-4样品的拉伸工程应力-应变曲线，(c)对应的应变硬化曲线，(d-g)晶界处的TEM图像，(h-k)电子通路衬度图像
。

进展二：团队选取直接能量沉积(DED)技术，通过调控工艺参数造备出了高度致密且力学机能优异的(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金，钻研发现打印态合金拥有亚稳态核壳沉淀强化效应，同时在塑性变形过程中阐发出怪异的多级“台阶状”滑移波特点，而这种“台阶状”的滑移波加强了合金的塑性变形能力，起到显著的增韧成效，使其在维持25.5%断裂延长率的同时，极限抗拉强度达到~1070MPa，这是一种同时提高合金强度和塑性的新步骤
。此表，本钻研深刻探求了微观结构与变形机造之间的相互作用关系，阐了然核壳沉淀结构与基体的协同作用关系以及滑移带在调控资料内部应力状态、推进应力均匀化和预防部门应力过度集中方面的作用
。这种亚稳态核壳沉淀和多级“台阶状”滑移波的引入为设计出拥有优异的拉伸强度和塑性的高熵合金提供了新蹊径
。[该成就由穆永坤博后、贾延东钻研员和王刚教授共同领导，硕士生梁建实现，颁发于Journal of Materials Science & Technology (2024)]

图2. (a) 直接能量沉积示意图，(b) (FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金拉伸试样在分歧拉伸应变下的表表状态变动，(c) 亚稳态核壳沉淀析出相的面扫和线扫能谱图像
。

进展三：为了提升高熵合金的力学机能，对其进行时效处置引入纳米级沉淀相是常见的后处置措施
。然而，由于侵蚀景象在相界面和位错等缺点处优先产生，大量第二相的析出往往不利于高熵合金的耐蚀性，这对于实现资料优异的综合机能组成挑战
。团队对选区激光溶解(SLM)技术造备的(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金在780 ℃时效处置前后微观组织和耐蚀机能进行测试表征
。电化学测试的了局批注，经时效处置的合金拥有更正的侵蚀电位、更低的侵蚀电流密度、更强故障电荷转移能力及更平坦的侵蚀表表描摹，这些景象批注时效处置提升了(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金的耐蚀能力
。一方面，时效处置后高熵合金钝化膜中耐蚀性增益元素占比增长，致密水平和不变性更高的钝化膜对合金基体的
；ぷ饔眉忧
。另一方面，时效过程中高熵合金产生大量纳米尺寸L1₂型析出相，该析出相与FCC基体之间拥有共格关系，二者之间的界面为不存在位错的陆续界面
。因而时效处置未引入可能优先侵蚀的位点，资料的耐蚀能力得到加强
。当前钻研批注，时效处置的(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金系统实现了力学机能和耐蚀机能的平衡，从而展示出巨大的利用潜力
。[该成就由孙康副钻研员和穆永坤博后共同领导，硕士生王育博实现，颁发于Corrosion Science (2024)，https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111717]

图3. 时效处置前后高熵合金样品的电化学侵蚀机能与透射电镜图像
。

进展四：设计特殊的非均匀结构已被证明是突破强度和塑性矛盾的有效战术
。在这项工作中，我们从榫卯接头的构筑齐全性和机械独创性（传统工艺的标志）中罗致灵感，在3D打印的高熵合金(HEA)中设计了一种新鲜的机械互锁网络(MIN)
。亚晶交联不仅在结构上仿照了接头，并且再现了其扭转MIN力学机能的职能
。MIN结构提供了优异的结构不变性，并在变形过程中分散了晶界处的应力，从而预防了应力集中及其导致的裂纹扩大引起的苦难性断裂
。该合金的抗拉强度近1200 MPa，延长率约为28%，其卓越机能归因于一系列潜在机造，蕴含异质变形诱导的强化和硬化效应、位错缠结、高密度堆垛层错以及 Lomer-Cottrell 锁的形成
。这些景象证了然引入MIN异质结构加强HEA的力学机能的可行性，该钻研推进了拥有造作矫捷性的高机能资料的开发
。[该成就由穆永坤博后和贾延东钻研员共同领导，硕士生吴智滨实现，颁发于Materials Science and Engineering: A (2024)，https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.146422]

图 4. AM-FCNAT微结构示意图
。(a)AM-FCNAT的XY平面的电子通路衬度图像显示了多沉机械互锁结构，(b)AM-FCNAT的亚晶和多亚晶结构示意图，(c)受榫卯结构启发的机械互锁结构示意图
。

进展五：传统的金属间化合物不足可加工性，在增材造作过程中容易产生裂纹，而本项工作证了然通过电子束粉末床消融(EBPBF)可成功造作出无裂纹且高机能的化学复杂型金属间合金(CCIMAs)
。由EBPBF造作的CCIMAs (NiCoFeAlTiB)微观结构极度复杂，出现出多相组成，其中无序的FCC相组成基体，与L1₂有序的金属间订交错
。有序晶格和高熵无序相的怪异组合通过优化的EBPBF工艺进行了调整，赋予了该资料优异的机械机能，蕴含较高的拉伸强度（约1 GPa）和足够的延展性（约11%）
。钻研发现，HCP和L2₁析出相也能有效减缓和阻止裂纹扩大
。这项工作展示了利用 EBPBF造作拥有定造微结构的 CCIMAs，这将为挖掘先进金属间合金的潜力提供新的见解和造作战术
。[该成就由贾岳飞博后、卞西磊副钻研员和西北工业大学屈瑞涛教授共同领导，博士生范才涛实现，颁发于Virtual and Physical Prototyping (2024)，https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2356733.]

图5. (a)电子束粉末床消融设备示意图，(b)垂直和平行打印方向的拉伸件力学机能，(c)打印样品尺寸的示意图，(d)打印样品的SEM图和TEM图片，微观结构展示了各类析出相
。

进展六：为解决公斤级难熔高熵合金熔炼造成的化学成分不均，组织粗壮、熔炼缺点及合金在高温拉伸变形中的应变软化等问题，本钻研通过悬浮熔炼公斤级HfNbTaTiZr难熔高熵合金，并结合高温多向铸造工艺，成功解除熔炼合金中化学成分不均匀和宏观缺点等问题，并显著提升难熔高熵合金高温拉伸强度和应变硬化率
。团队通过水冷铜坩埚成功熔炼1公斤HfNbTaTiZr难熔高熵合金铸锭，并通过随后的高温多向铸造成功解除缩松缩孔和宏观成吩飓析
。高温多向铸造在高熵合金晶体内部引入大量晶格缺点，这些缺点在高温变形过程中易推进晶内滑移带开动，因而可预防沿晶断裂
。在高温变形过程中，滑移带左近的应变集中推进动态再结晶的产生
。因而，晶内散布藐幼的动态再结晶和原始粗晶组成的双峰晶粒，异质晶粒产生的背应力强化为高温下高应变硬化提供动力
。此表，通过TEM分析发现，高温变形组织中微带的出现缓解应力集中，预防了合金的早期断裂
。钻研了局批注，悬浮熔炼和高温多向铸造有望规
；熳鞴锛禜fNbTaTiZr难熔高熵合金，其在高温下优异的力学阐发归功于高温铸造在合金晶内引入的晶格缺点
。本钻研为造作和加工公斤级HfNbTaTiZr难熔高熵合金及其在高温下利用奠定基础
。[该工作由贾岳飞博后领导，徐龙博士（现为江苏科技大学讲师）实现，颁发于 Journal of Materials Science & Technology(2024)，https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.04.078]

图6. (a)和(b) 公斤级HfNbTaTiZr熔炼和高温多向铸造示意图，(c)和(d) 高温拉伸应力应变曲线和应变硬化率曲线，(e) F400试样变形组织，(f) 动态再结晶和原始粗晶晶粒统计散布图
。

进展七：轻质高/中熵合金拥有高强杜纂轻量化的双沉优势
。然而，这类合金室温下的拉伸延展性有限，这限度了它们在工程领域的宽泛利用，出格是对于航空航天结构部件
。近期的钻研发现，调控TiVZrNb中熵合金中迪胙(Ti)和钒(V)含量，能够显著提高它们在室温下的拉伸延展性，甚至达到了三到四倍的提升
。这项钻研不仅解决了科学家们持久以来的困扰，还为工程利用启发了新的可能性
。具体来说，通过系统调节Ti和V的含量，钻研人员揭示了一种内涵的延展性机造
。这种机造使得断裂大局从晶间脆性断裂向韧性断裂转变
。此表，调控后的变形机造也从单一滑移模式演变为多沉协同滑移模式，而合金的强度并未显著降低
。以(Ti1.5V)₃ZrNb为例，相比等摩尔比的TiVZrNb中熵合金，其延长率提高了360%，同时维持了约800 MPa的高屈服强度
。这一成就显示，合金组成元素的调控不仅通过削减有害相而净化晶界，还调控了变形位错构型
。这些见解为轻质难熔中熵合金的利用提供了新的思路和方向
。[该成就由贾岳飞博后实现，卞西磊副钻研员和王刚教授领导，颁发于Journal of Materials Science & Technology(2024)，https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.04.020]

图7. 合金成分调控驱动的力学机能和微观机理演变
。

进展八：在索求第四代核能系统的关键资猜中，AlCrFeMoTi高熵非晶薄膜展示出卓越的辐射抗性，为核工业利用提供了新的可能性
。本钻研通过磁控溅射技术成功合成了等原子比的AlCrFeMoTi高熵非晶薄膜，并对其进行了低剂量氦离子辐照尝试
。尝试了局批注，随着辐照剂量的增长，薄膜内部结构产生了有序化转变，硬度显著提升，而表表却变得越发滑润
。这一发现不仅揭示了高熵非晶资料在辐射环境下的不变性和机械机能的优化潜力，也为将来核反映堆结构资料的选择提供了沉要的科学凭据
。[该成就由贾岳飞博后领导，国际留学生Shahid Ali实现，颁发于Surface and Coatings Technology (2024) https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.130952]

图8. AlCrFeMoTi高熵非晶薄膜随辐照剂量的微观结构演化
。

以上钻研得到了国度天然科学基金、上海市教育委员会创新打算基金、航空基金和上海市超等博士后项主张赞助
。