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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

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导读：本文为高能纳米晶高熵合金（nc-HEA）的制备提供了一种新的技术，具有广阔的应用前景。在600℃退火1h后，合金硬度从484 HV增加到791 HV。并且在1100 ℃退火后，原始的高硬度仍保持不变，表明nc-HEA具有优异的热稳定。读：本文为高能纳米晶高熵合金（nc-HEA）的制备提供了一种新的技术，具有广阔的应用前景。在600℃退火1h后，合金硬度从484 HV增加到791 HV。并且在1100 ℃退火后，原始的高硬度仍保持不变，表明nc-HEA具有优异的热稳定。

高熵合金（HEAs）由于其良好的塑、延伸率和耐腐蚀，成为近年来的研究热点。为进一步提高能，研究者通过尝试高压扭转（HPT）、等通道角挤压（ECAP）、旋转模锻和轧制等多种严重塑变形（SPD）方法制备了纳米晶高熵合金（nc-HEA）。其中，热稳定是纳米晶材料最关键的问题之一。研究表明，低温退火后，合金的强度可通过少量沉淀进一步提高，但在高温下晶粒生长和沉淀物的溶解限制了nc HEA的应用。因此，寻找一种具有良好高温稳定的nc-HEA作为下一代高能合金具有重要意义。

近日，南京理工大学的冯涛教授课题组首次将激光蒸发源集成到惰气体冷凝（IGC）系统中，制备出CoCrFeNiMn nc-HEA，并利用同步辐射高能XRD、TEM和EBSD详细分析了显微组织演变与力学能的关系。研究成果以“Ultrahigh hardness with exceptional thermal stability of a nanocrystalline CoCrFeNiMn high-entropy alloy prepared by inert gas condensation”为题发表于期刊《Scripta Materialia》中。文中指出，激光IGC系统在选择合金成分方面比热蒸发IGC具有更高的灵活。与SPD制备的nc-HEA不同，激光IGC-nc-HEA由于具有独特的微观结构，显现出超高的硬度和优异的热稳定。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.06.042

TEM结果显示，不同的Mn含量对该合金体系的硬度没有显著影响。制备的激光IGC-nc-HEA的硬度与其它方法制备的nc-HEA的硬度相近，主要是晶粒细化所致，并且激光IGC-nc-HEA还具有较高的动态稳定。

XRD结果表明富铬BCC相含量随退火温度的升高而增加，在600 ℃时达到最大值。随着温度的进一步升高，基体相的峰宽逐渐变窄，富Cr相出现分解迹象。在900 °C和1000 °C下，富铬相完全消失，微观结构变为单一的FCC相。

选取600℃和900℃等时热处理1h的样品，进一步研究其形貌变化和相变。结果显示在晶粒内部有许多退火纳米孪晶，晶界中孪晶边界分数为~21%，这在制备样品中很少观察到。600 ℃退火后样品的微观结构从最初较小的球形晶粒变为长大的等轴晶，说明晶界能量降低。元素分析结果也表明析出物是由40-100 nm的富铬相组成，更加证明了富铬相的存在。

EBSD图像表明粗晶区和超细晶区（UFG）共存。大的颗粒被UFG颗粒包围，形成独特的异质组织，同时晶界中退火孪晶界的比例非常高。文中制备的合金晶粒尺寸比SPD处理的文献值小近40倍，但是比耐高温合显示出更好的高温稳定，这归因于晶格畸变引起的缓慢扩散及其复杂的微观结构。

综上所述，该研究为制备具有超高硬度和优异热稳定的新型纳米结构金属材料提供了一种新的方法。与铸态试样和其它方法制备的钴铬合金相比，首次用激光源IGC制备的（CoCrFeNi）93.5Mn6.5 nc-HEA具有超高的硬度，这是因为其具有复杂的微观结构和多种强化机制。其特别还在于经高温退火后，硬度仍能保持在较高水平，这不仅涉及到沉淀硬化，还包括孪晶的形成和异质组织引起的背应力强化。

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