近日，我校机械学院青年教师汪佩博士在高熵合金微结构设计强韧化方面取得了重要的研究进展。相关成果以题“Simultaneously enhanced strength and ductility in heterogeneous grain structured Ni26Co26Fe25Cu17Ti6 high entropy alloy by introducing an appropriate amount of Y2O3 nanoparticles”发表在材料科学领域一区Top期刊《Materials Science & Engineering A》上。该论文的第一单位为武汉纺织大学，第一作者为机械学院汪佩。
高熵合金从2004年由Cantor及Yeh等人提出后引起了世界范围内广泛的研究兴趣。尤其是面心立方结构高熵合金(FCC-HEAs)因其优异的塑性、断裂韧性、耐腐蚀性及抗辐照性而备受关注。不过FCC-HEAs在室温及高温条件下的屈服强度往往较低，这限制了其作为高性能结构材料的工程应用。传统晶粒细化方法虽可大幅提升合金强度，但却不可避免地牺牲塑性。为权衡强度与塑性之间“矛盾”关系，设计具有晶粒异构结构的微观组织是一条有效的途径。然而，由于晶粒易受热粗化，因此只是依靠晶粒异构无法保证FCC-HEAs在高温下的性能稳定。已知，氧化物弥散强化(ODS)是一种提升材料室温及高温强度的有效方法，因为弥散的氧化物能阻碍位错运动并且抑制晶粒长大。不过，脆性氧化物的加入难免损伤合金塑性。综合上述情况，若能将晶粒异构与氧化物弥散的两种机制协同组合，有望实现FCC-HEAs强塑性的良好平衡。
图1 T-1.05Y、T-1.75Y高熵合金显示双尺度晶粒分布和弥散氧化物的TEM照片
图2 T-1.05Y高熵合金中析出纳米氧化物颗粒的HRTEM图像
为此，本研究提出采用机械合金化结合放电等离子烧结的制备方法来构筑一种具有晶粒异构与氧化物弥散相耦合的复合微观组织，以促使FCC结构Ni26Co26Fe25Cu17Ti6高熵合金获得良好的综合强塑性。此外，鉴于弥散颗粒特性会对组织结构和力学性能产生显著影响，研究提出改变加入Y2O3颗粒含量，通过优化高熵合金中析出氧化物的尺寸、数量、界面等特征来调控合金的晶粒异构组织结构，以期实现两种强韧化机制的协调与平衡，从而使高熵合金达到最佳强韧性匹配。研究结果表明：当Y2O3含量为1.05wt.%时，制得ODS-HEA的室温屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率相对于Ni26Co26Fe25Cu17Ti6基体高熵合金分别提升了近21%、27%和157%。这种强度与塑性的同时提升主要归因于高熵合金基体中析出的适量半共格Y2Ti2O7型纳米氧化物颗粒发挥了显著的强韧化作用。本研究成果可为设计和开发新型组织结构及高熵合金强韧化提供新的思路。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.144192
