近日，廣州大學物理與材料科學學院張濤教授團隊，在新型高強韌中熵合金的超聲輔助制備與機理研究方面取得了新進展，相關研究成果發表在金屬材料領域頂刊Scripta Materialia上。

1 研究背景

近年來，先進結構材料領域迅速發展，但是同時提高傳統合金的強度和塑性仍然非常具有挑戰性，而高/中熵合金的出現，為設計和制備高強韌合金提供了新的思路。其中，單相FCC CoCrNi中熵合金是設計高強度和塑性的理想基礎合金，但其屈服強度較低，難以滿足工程應用的需求。在最近的報道中，固溶強化、晶粒細化、析出強化、異質組織構建等方法，能夠顯著提升 CoCrNi基中熵合金的強度和塑性。然而，在固溶強化和析出強化中，脆性相的析出往往會惡化合金的塑性。此外，大多數強化策略，特別是通過晶粒細化和異質結構構建的強化策略，不可避免地需要采用大變形軋制，然后退火進行組織細化來最終提升中熵合金性能，這不僅會增加能耗，而且不利于碳中和。因此，亟需開發新的制備方法來實現CoCrNi基中熵合金的強度-塑性的協同提升。

2 研究內容

為解決上述問題，張濤教授團隊避開 “軋制+退火”的傳統制備方法，報道了一種基于超聲振動輔助成形的新方法，以同時提高C摻雜CoCrNiC0.1合金的強度和塑性。通過將超聲振動施加在CoCrNiC0.1合金上并保載25min，合金的屈服強度、拉伸強度和總伸長率提升至530MPa、950MPa和36.5%，相比于原始態，分別提高了77%、28%和53%。通過對超聲處理后CoCrNiC0.1合金的微觀組織分析，結果表明，超聲振動誘導的細小Cr7C3網狀碳化物（20μm）的晶內析出，是強度-塑性協同提升的主要原因。該研究工作為實現沉淀強化熵合金的強度-塑性協同提升提供了一條有效的新途徑。

圖1 (a) 超聲輔助成形裝置示意圖；(b-d) CoCrNiC0.1中熵合金的原始態形貌；(e-g) 超聲輔助加載25min后的形貌

圖2 (a) 超聲輔助加載不同時間后CoCrNiC0.1中熵合金的拉伸應力-應變曲線；(b) CoCrNiC0.1中熵合金的原始態和超聲加載后的變形機制

3 研究相關

張濤教授為論文通訊作者，李足副教授為論文第一作者。本研究得到了國家重點研發計劃磁約束核聚變重點專項、廣東省自然科學基金、廣州大學-腐蝕與創新研究院基金以及廣州大學“新材料新裝備新制造”交叉創新平臺的支持。

論文來源

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646223003561