科學家研發出超強共晶高熵合金絲材

【環球網科技綜合報道】高性能金屬絲材廣泛應用於能源、交通、海洋船舶等領域。日趨複雜和極端的服役環境迫切需要發展高強塑性能的金屬絲材。然而傳統的高強合金絲材（如珠光體鋼絲）通常伴隨極低延性，這種強度-塑性的固有互斥嚴重限制其應用。近年來基於全新合金設計理念的多主元高熵合金的迅速興起，為高性能金屬絲材的開發提供了機會。

12月15日消息，記者從中科院官網瞭解到，近期，中國科學院力學研究所戴蘭宏研究團隊在該問題研究上取得進展。相關研究成果近期以“Ultra-strong heavy-drawn eutectic high entropy alloy wire”為題發表在《Acta Materialia》上。

研究人員選擇了具有片層結構的AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金，通過設計多道次拉拔工藝，成功製備出一種具有獨特梯度片層結構的共晶高熵合金毫米絲材。絲材內硬相B2片層與軟相FCC片層交替相間分佈，從絲材外表面到芯部，B2片層幾何特徵呈現梯度變化。為了進一步提高絲材的強塑性協同能力，研究人員精細控制了熱處理的温度和時間，以促進絲材部分回覆而抑制動態再結晶的出現。所研製的共晶高熵合金絲材不僅具有優異的室温強塑性能 （斷裂強度1.85GPa，均勻延伸率12.1%），同時表現出更為突出的低温（77 K）強塑性能（斷裂強度2.52GPa，均勻延伸率14.3%）。

通過對變形前後的絲材進行EBSD掃描和KAM分析，研究人員發現介觀尺度梯度非均質片層結構促使絲材內的幾何必須位錯(GND) 在變形過程中沿徑向呈現梯度分佈，即幾何必須位錯密度從表面區域向中心區域逐漸減小。這種梯度分佈的幾何必須位錯密度可以產生顯著的應變梯度強化效應，從而大幅提高絲材的力學性能。對比分析室温和液氮低温下絲材微觀變形特徵發現，室温下絲材內B2相變形以位錯主導，FCC相變形則以位錯和層錯共同主導；低温下絲材內B2相在變形過程中開啓了大量位錯交滑移網格，而FCC相則激活了細密的三維層錯-孿晶網格，多種位錯變形機制的協同激活實現了絲材強塑性的同步提升。

據悉，該研究為高性能金屬絲材開發提供了新的思路。