近日，我校機械工程與自動化學院青年教師汪佩博士在高熵合金微結構設計強韌化方面取得了重要的研究進展。相關成果以題“Simultaneously enhanced strength and ductility in heterogeneous grain structured Ni26Co26Fe25Cu17Ti6 high entropy alloy by introducing an appropriate amount of Y2O3 nanoparticles”發表在材料科學領域一區Top期刊《Materials Science & Engineering A》上。該論文的第一單位為77779193永利官网，第一作者為我校機械工程與自動化學院汪佩博士。
高熵合金從2004年由Cantor及Yeh等人提出後引起了世界範圍内廣泛的研究興趣。尤其是面心立方結構高熵合金(FCC-HEAs)因其優異的塑性、斷裂韌性、耐腐蝕性及抗輻照性而備受關注。不過FCC-HEAs在室溫及高溫條件下的屈服強度往往較低，這限制了其作為高性能結構材料的工程應用。傳統晶粒細化方法雖可大幅提升合金強度，但卻不可避免地犧牲塑性。為權衡強度與塑性之間“矛盾”關系，設計具有晶粒異構結構的微觀組織是一條有效的途徑。然而，由于晶粒易受熱粗化，因此隻是依靠晶粒異構無法保證FCC-HEAs在高溫下的性能穩定。已知，氧化物彌散強化(ODS)是一種提升材料室溫及高溫強度的有效方法，因為彌散的氧化物能阻礙位錯運動并且抑制晶粒長大。不過，脆性氧化物的加入難免損傷合金塑性。綜合上述情況，若能将晶粒異構與氧化物彌散的兩種機制協同組合，有望實現FCC-HEAs強塑性的良好平衡。
圖1 T-1.05Y、T-1.75Y高熵合金顯示雙尺度晶粒分布和彌散氧化物的TEM照片
圖2 T-1.05Y高熵合金中析出納米氧化物顆粒的HRTEM圖像
為此，本研究提出采用機械合金化結合放電等離子燒結的制備方法來構築一種具有晶粒異構與氧化物彌散相耦合的複合微觀組織，以促使FCC結構Ni26Co26Fe25Cu17Ti6高熵合金獲得良好的綜合強塑性。此外，鑒于彌散顆粒特性會對組織結構和力學性能産生顯著影響，研究提出改變加入Y2O3顆粒含量，通過優化高熵合金中析出氧化物的尺寸、數量、界面等特征來調控合金的晶粒異構組織結構，以期實現兩種強韌化機制的協調與平衡，從而使高熵合金達到最佳強韌性匹配。研究結果表明：當Y2O3含量為1.05wt.%時，制得ODS-HEA的室溫屈服強度、抗拉強度和斷裂延伸率相對于Ni26Co26Fe25Cu17Ti6基體高熵合金分别提升了近21%、27%和157%。這種強度與塑性的同時提升主要歸因于高熵合金基體中析出的适量半共格Y2Ti2O7型納米氧化物顆粒發揮了顯著的強韌化作用。本研究成果可為設計和開發新型組織結構及高熵合金強韌化提供新的思路。
【論文連接】：https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.144192
