https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122079
研究背景
高熵合金（HEAs）在极端条件下的优异力学性能源于晶态缺陷的协同作用，但其动态载荷下的变形机制尚未明晰，限制了高应变率场景的应用。此前研究证实 L1₂纳米析出相、预孪晶可提升HEAs 动态性能，但二者协同调控的结构 - 性能关系仍缺乏系统研究。本研究旨在通过微结构定制，结合预孪晶与纳米 L1₂析出相，探究低层错能 FCC型 HEAs 的动态变形机制，实现超高动态强度与高塑性的协同。
实验方法
合金设计与制备：以等原子 CoCrFeNi 为基础，提高 Co 含量降低层错能，添加 Al、Ti 诱导 L1₂相析出，制备 Co₃₅Cr₂₀Fe₂₀Ni₂₀Al₂Ti₃铸锭；经热锻、均质化后冷轧至 90% 减薄，再于 700℃（HT700）、800℃（HT800）退火 3h 水淬，获得目标微结构。
性能测试：开展 10⁻⁴~6×10³ s⁻¹ 应变速率的准静态 / 动态压缩试验，采用分离式霍普金森压杆（SHPB）进行动态测试；通过积分应力 - 应变曲线计算应变吸收能（SAE）。
微结构表征：利用 VASP 计算广义层错能（GSFE）、Thermo-Cal绘制相图；通过 EBSD/ECCI、TEM/HRTEM、同步辐射高能 X 射线衍射（HEXRD）表征相结构、析出相形态、位错密度及孪晶演化；采用几何相位分析（GPA）量化晶格应变。
结果
1.微结构特征：该合金本征集层错能低至 15 mJ/m²，易形成孪晶；热力学计算表明 800℃时 L1₂相体积分数约 15%，无脆性相。HT700 样品含棒状 L1₂纳米析出相，HT800 为球形 L1₂相，二者均存在高密度预孪晶，且 L1₂相与 FCC 基体完全共格，析出相富 Ni、Al、Ti，基体富 Fe、Co、Cr。
2.动态力学性能：HT700 动态屈服强度达 2067 MPa（应变速率 3271 s⁻¹），均匀延伸率 23.5%，为迄今报道 FCC HEAs 最高；HT800 在6272 s⁻¹ 下 SAE 达 721.4 mJ/m³，远超其他高性能金属材料；二者均表现出显著的应变速率强化效应，远优于铸态合金。
3.微结构演化：动态变形后，预孪晶分数从约 35% 降至 11%~15%，低角度晶界占比大幅提升，几何必需位错（GND）密度增加 1~2 个数量级；L1₂析出相由棒状 / 球形转变为岛状，未出现绝热剪切带，变形诱导温升仅 60~120 K，排除热致析出相溶解。
4.位错行为特征：动态条件下合金应变率敏感性（m）较准静态提升一个数量级，HT700 的 m 达 0.247；激活体积从准静态的7.4 b³ 降至动态的 1 b³，表明变形机制从位错滑移 /交互作用转变为位错形核；同步辐射 XRD 证实动态变形后位错密度从 10¹⁵m⁻² 级升至 10¹⁶m⁻² 级。
变形机制分析
L1₂析出相与预孪晶的协同作用：L1₂析出相通过阻碍层错发射抑制变形孪晶形成，同时预孪晶与析出相共同作为位错钉扎位点，大幅提高流变应力；可剪切的 L1₂析出相被位错切割后形成岛状，预孪晶在应力作用下逐步降解，二者均缓解应力集中，实现应变离域，保留塑性。
动态条件下的异常位错行为：高应力触发晶内大量位错形核，位错运动被析出相和孪晶界强烈阻碍，同时位错速度接近临界值引发声子拖曳效应，进一步强化；位错与析出相、孪晶的强交互作用形成高应变硬化能力，避免塑性失稳，实现高强高韧协同。
变形机制转变：准静态下以位错滑移 / 交互作用为主，动态下转变为位错均匀形核主导，且高应变速率下无新变形孪晶生成，完全由位错介导的塑性变形支配。
研究结论
通过冷轧 + 退火的热机械处理，在 Co₃₅Cr₂₀Fe₂₀Ni₂₀Al₂Ti₃低层错能 HEA 中成功构建预孪晶与纳米共格 L1₂析出相协同的微观结构，HT700 实现 2067 MPa 的超高动态屈服强度，HT800 的应变吸收能达 721.4 mJ/m³，均创 FCC HEAs 相关纪录，且保持良好塑性。
该合金的优异抗冲击性能并非源于传统的层错或孪晶机制，而是由异常活跃的位错行为主导：L1₂析出相抑制孪晶形成并与预孪晶共同钉扎位错提升强度，可剪切析出相与孪晶降解缓解应力集中保留塑性，高应力触发的大量位错形核与声子拖曳效应进一步强化动态性能。
提出 “L1₂析出相 + 预孪晶” 的高熵合金微结构优化新策略，通过调控缺陷协同作用激活异常位错行为，为极端高应变率场景下的抗冲击结构材料设计提供了关键理论与实验指导。
文章系作者翻译，如有错误，请在评论区指出。
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
