導讀
提出了一種基于無限固解和僞三元模型的新政策來揭示三相共晶高熵合金(TEHEAs)之謎。所設計的具有7個以上元素的TEHEAs具有面心立方(FCC)、有序體心立方(B2)和Laves相結構，其中(CoCrFeNi)68(NiAl)18-Mo3.5Nb6Ta4.5合金展示了出色的綜合力學性能，為高性能EHEAs的設計提供了新的途徑。
高熵合金(HEAs) 的提出在金屬材料領域開辟了新前沿，為合金材料設計領域的探索創造了廣闊的空間。共晶合金具有良好的流動性，可有效防止鑄造缺陷，提高力學性能。共晶高熵合金(EHEAs)集合了HEAs和傳統共晶合金的優點，具有良好的鑄造性和強度-塑性協同作用，成為高溫應用的潛力候選材料。
室溫下，鑄态FCC相+ B2相EHEAs具有優異的斷裂強度-塑性組合。然而，增強B2相的特性限制了FCC相+ B2相室溫屈服強度，而結構應用的高屈服強度可以滿足更嚴格的剛度要求，同時B2相的高溫力學性能并不理想。以FCC相+ Laves相組合為特征的EHEAs通常在高溫下表現出更高的屈服強度和優異的力學性能，這歸功于強大的Laves相增強，然而其室溫塑性較差。基于高熵合金的雞尾酒效應，設計含FCC + B2 + Laves複合結構的三相共晶高熵合金(THEAs)，可以充分利用上述兩種EHEAs的性能優勢。
在HEAs的設計中，适度添加多種元素會導緻材料中空間結構的再配置設定，影響晶界和晶内及其它缺陷的演變或形成，為優化合金性能提供了更多的可能性。然而，多元素/三相共晶高熵合金(TEHEA)的設計仍然令人困惑。
近日，三峽大學葉喜蔥教授課題組聯合大連理工大學、哈爾濱工業大學的科研團隊提出了一種将無限固溶法和僞三元法與熱力學軟體模拟相結合的新政策來設計TEHEAs。研究結果以題為“A New Strategy for the Design of Triple-Phase Eutectic High-Entropy Alloys Based on Infinite Solid Solution and Pseudo-Ternary Method”發表于期刊《Nano Letters》。
該文第一作者為三峽大學葉喜蔥教授，通信作者為三峽大學葉喜蔥教授、大連理工大學康慧君教授以及哈爾濱工業大學李哲博士。文章獲得了大連理工大學雷射、離子、電子束改性材料教育部重點實驗室(KF2304)項目資助。
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該方法中，正常三元共晶相圖中的三個組分分别被僞三元元素NiAl、CoCrFeNi和M所取代，成功設計了4種包含7個及以上元素的TEHEAs。當合金元素數小于8時，共晶結構較細，呈規則的片層狀，被粗共晶包圍。當元素數達到9時，共晶結構形貌變趨于粗化且變得不規則，這源于各種因素的影響，如原子尺寸和化學親和力，以及對合金中多種元素的擴散速率和偏好。
研究範圍内，第二相強化是提高合金屈服強度的主要機制。由于加入了9種元素成分， (CoCrFeNi)67(NiAl)20Mo3Nb4.5Ta4W1.5合金在這些元素之間的擴散速率有所差異，影響了原子的遷移和重排，可能導緻晶粒尺寸的增加，進而影響合金的整體力學性能。
此外，合金的多元素組成和複雜的結構使元素間的擴散行為更加複雜。是以，适量添加額外的合金元素有助于通過控制擴散過程來優化合金的組織，進而提高性能。同時，加入更多的合金元素可以進一步發揮高熵合金的雞尾酒效應，以滿足更嚴格的高溫應用要求。該結果驗證了應用無限固溶法和僞三元法相結合的新政策設計FCC+Laves+B2結構的TEHEAs的可行性。
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