力學所中熵合金共格析出強韌化研究取得進展

　　金屬結構材料的高力學性能化是材料科學研究的前沿熱點問題，沉淀強化是提高金屬力學性能常用的手段之一。然而，沉淀相的非均勻析出和異常長大會嚴重影響材料的性能，尤其是塑性。如何有效利用沉淀強化提升材料強度的同時避免損失塑性是材料科學領域最重要且棘手的科學難題之一。近日，中國科學院力學研究所先進材料力學行為團隊在這一科學研究方面取得重要進展，相關成果以Improving ductility by coherent nanoprecipitates in medium entropy alloy為題發表在《國際塑性雜志》（International Journal of Plasticity）上。

　　金屬材料的強度和延展性是兩個關鍵的力學性能指標，決定了材料在加工成型和服役過程中的行為和表現。為了提高金屬材料的強度，通常在基體中添加一些合金元素，如鎳、鈷、鋁等，使材料處于亞穩態，再經過熱處理時效形成沉淀相晶粒，發揮強化作用。然而，在時效過程中由于受到熱驅動力作用，沉淀相會發生快速形核和異常長大，引起材料在載荷作用下過早的斷裂，嚴重制約了金屬材料的應用和發展。

　　針對這一難題，研究團隊在(CrCoNi)₉₄Al₄Ti₂多主元合金中通過預時效-退火-后時效工藝獲得了均勻分布的共格納米沉淀相（平均尺寸約40 nm）。相比傳統時效處理后的材料，預時效處理后，材料的強度幾乎保持不變，而拉伸塑性（延展性）提高了兩倍。微結構表征發現，預時效處理能夠提高沉淀相形核的密度，產生隨機分布的共格納米沉淀相。在塑性變形過程中，高密度的納米沉淀相被位錯切過，促進了位錯平面滑移，有利于幾何必需位錯在相界的塞積產生有效的應變硬化，進而提高了材料的塑性。

　　相關研究工作得到國家自然科學基金委員會、國家重點研發計劃等項目的資助。

圖. (a)預時效處理與未處理的多組元合金的應力-應變曲線；(b) 預時效處理獲得高密度共格納米沉淀相及位錯切過沉淀相；(c) 變形后位錯、層錯與沉淀相的交互作用。