1背景介绍

面心立方（FCC）高熵合金作为一类重要的高熵合金，因其优异的力学性能，在叶轮、船舶螺旋桨及极端环境服役等领域展现出广阔的应用前景。然而，FCC高熵合金存在的强度-塑性失衡问题，尤其是其拉伸屈服强度不足，严重制约了更广泛的工业应用。因此，在这类合金中实现强塑性匹配，已成为推动其实际应用的关键科学挑战。研究发现，结合多级异质结构和纳米尺度共格相，在突破强度-塑性失衡展现出更大的潜力。这是因为多级异质结构可以引入更加显著的异质变形诱导强化和硬化（HDI）效应，而高度共格的纳米相则可以通过Orowan机制和界面相容性，同时提升合金的强度和塑性。因此，构筑多级异质结构及引入多种析出相，特别是共格相，是实现高熵合金强度与塑性优异平衡的重要策略。

2成果介绍

本研究以典型的面心立方（FCC）NiCoCr及Cantor合金为基础，制备了一种新型NiCoCrFeAlTi高熵合金。研究发现，直接铸造合金呈现出由核-壳结构与多尺度纳米级L1₂析出相组成的双重异质结构。该微观结构同时诱发了显著的异质变形诱导（HDI）效应与纳米相强化作用，从而促进了合金强度与塑性的协同提升。本研究阐明了通过简单铸造制备FCC高熵合金中双重异质结构与性能之间的关系，为突破FCC高熵合金的强度-塑性权衡、推动其工业应用提供了一种具有前景的策略。相关工作以题为“Achieving excellent strength-ductility synergy in novel as-cast NiCoCrFeAlTi high entropy alloy via dual heterogeneous structures”的研究论文发表在Materials Science and Engineering: A。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.149722

3图文解析

合金力学性能如所示，随着Al和Ti含量的增加，合金延伸率逐渐降低，同时强度得到提升。其中(NiCoCrFe)₉₀Al₅Ti₅合金显示出优异的极限抗拉强度（UTS），超过1 GPa，同时其屈服强度超过720 MPa。更重要的是，该合金的延伸率仍保持在30%以上，体现了良好的强度-塑性协同效应。合金的应变硬化率与真应变的关系曲线显示出典型的快速下降初始阶段，随后所有曲线均出现Up-turn现象。已有研究指出，该曲线Up-turn现象表明在拉伸变形时，合金中出现新的变形机制，能够显著增强应变硬化能力，从而进一步提升合金的综合力学性能。

如图所示，合金铸造组织为典型的枝晶组织且枝晶间区域富含第二相。在宏观尺度上，该枝晶与枝晶间第二相组成典型的核-壳结构。研究表明，核-壳结构可作为位错源，促进位错增殖并提供相互连通的滑移路径网络。这不仅有助于协调界面处的塑性应变，还能减少位错堆积，从而延长变形过程。同时，核-壳结构能够储存位错并促进其相互作用，有助于缓解位错塞积引起的应力集中，进而提升合金的塑性。

TEM结果显示，(NiCoCrFe)₉₀Al₅Ti₅合金中观察到了高密度的纳米相。这些纳米相尺寸呈现双峰分布：分别约为36.4 nm和87.2 nm，后者尺寸接近前者的三倍。多尺度析出相构成了另一种形式的异质结构，本文称之为微观异质纳米相。SAED结果证明两种尺寸的纳米相均为L1₂相。同时，析出相化学成分显示其富集Ni、Al和Ti元素。因此，本研究构筑了一种新型的宏观和微观尺度相结合的双重异质结构，即宏观尺度的核壳-结构和微观尺度的纳米相。

进一步探究了纳米相与基体的界面特征。HRTEM及FFT结果显示，FCC基体和L1₂纳米相界面呈现高度共格关系，且（111）晶面的晶格间距约为0.21 nm。同时，FCC基体中存在大量晶体缺陷，包括SFs和L-C锁，而L1₂相中缺陷较少。IFFT进一步证实FCC基体中存在位错。根据文献报道，晶体缺陷能够扩展原子扩散路径，从而促进相的形成。因此，本研究中观察到的核壳结构和多尺度纳米相的形成与基体内部的缺陷密切相关。

4结论与展望

本文成功开发了一种新型铸态NiCoCrFeAlTi高熵合金。其中，(NiCoCrFe)₉₀Al₅Ti₅合金表现出优异的强度-塑性协同效应，这与其宏观尺度核-壳结构与多尺度纳米相组成的新型双重异质结构密切相关。本文通过简单铸造工艺构筑了新型的多级异质结构，探究了该结构优化FCC高熵合金性能的变形机制，从而为实现合金强塑性匹配提供新思路和理论依据。

5通讯作者简介

李春燕，兰州理工大学教授、博士生导师，甘肃省领军人才。甘肃省/江西省/广西省/厦门市科技专家，新加坡Viser专家库材料工程专业委员会委员、第四届应用型本科材料成型及控制工程专业教学委员会委员、甘肃省女科技工作者协会理事、甘肃省材料学会青年工作委员会委员；China Foundry、稀有金属材料与工程、稀有金属等期刊编委；Materials Science & Engineering A、Journal of Alloys and Compounds、Intermetallics等数10种知名期刊审稿专家。长期从事高性能新材料开发及性能研究工作，涉及块/带/粉状高熵合金、非晶合金等新材料的制备技术与理论、变形机制及应用开发等。主持国家自然科学基金、甘肃省重点研发计划、浙江省公益技术应用研究等20余项国家及省部级重要科研项目。授权国家发明专利4件。在Tribology International，Materials Science & Engineering A、Journal of Alloys and Compounds、Intermetallics等众多知名期刊发表SCI论文90余篇。获得甘肃省科技进步二等奖1项、甘肃省自然科学三等奖1项、甘肃省科技进步三等奖1项、甘肃省冶金有色工业协会科技进步一等奖2项、二等奖1项。获《稀有金属》杰出青年编委、《稀有金属》第一届优秀青年编委、甘肃省优秀学位论文指导教师、兰州理工大学优秀学位论文指导教师、兰州理工大学科研工作先进个人、兰州理工大学十佳班主任等荣誉称号。