金属纤维作为一种结构功能一体化材料，是微电子机械系统(MEMS)的重要组成部分之一，在航空航天、化工和医疗等领域有着广泛的应用。然而，在大多数传统的金属纤维材料中，高强度通常以牺牲塑性为代价，面临着强度-塑性的权衡问题。随着器件小型化趋势的发展，这些传统金属纤维已无法满足应用中对此类材料日益增长的性能和可靠性要求。因此，亟需开发具有优异力学性能的金属纤维材料。近年来备受关注的高熵合金因其独特的成分结构特点和优异的力学性能，为开发高性能金属纤维材料提供了绝佳的母材候选。然而，受限于纤维有限的直径，如何调控其结构以实现高强度和高塑性的配合颇具挑战。

哈尔滨工业大学黄永江教授团队与麻省大学Amherst分校陈文博士团队、香港大学颜庆云教授（英国皇家工程院院士）合作，以CoCrFeNi高熵合金为模型材料，将电流处理技术应用于多工艺拉拔制备的高熵合金纤维中，实现了高熵合金纤维屈服强度1.1GPa、均匀延伸率43%的优异强塑性组合。相关论文以题为Achieving superb mechanical properties in CoCrFeNi high-entropy alloy microfibers via electric current treatment发表在Acta Materialia。该文章第一作者为哈尔滨工业大学博士生高小余，共同作者有麻省大学Amherst分校博士生刘健(Jian Liu)、哈尔滨工业大学孙剑飞教授、宁志良副教授、博士生伯乐等。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120203

电流处理加速了高熵合金纤维再结晶的动力学，使其在较短的时间内发生了完全的再结晶，在保留超细晶结构的同时，有效调整了结构均匀性。

图1 不同电流密度处理高熵合金纤维的EBSD图谱

拉伸性能测试表明，电流处理高熵合金纤维具有宽广的性能调控空间，这为精确调整其力学性能、满足不同的工程应用需求提供了极大的自由度。

图2 电流处理高熵合金的力学性能以及与其他金属纤维和块体合金的性能比较

深入的微观结构表征表明，电流处理引入了多种结构特征，包括超细晶(UFGs)、低位错密度和9R相的特征结构。

图3 电流处理高熵纤维的微观结构

除了超细晶粒引起的晶界强化外，纤维中位错稀缺引起的位错源限制强化(Dislocation source-limited hardening)对屈服强度有着突出贡献，约占屈服强度的47%。此外，晶粒中位错的缺乏也为位错运动和积累提供了空间，显著提高了其加工硬化率，导致纤维在变形初始阶段流变应力迅速增加，依赖于应力的多重应变硬化机制得以激活。这种顺序激活机制使得高熵合金纤维具有持续的应变硬化能力，从而体现较大的塑性。

图4 电流处理高熵合金纤维不同应变下的微观结构特征

图5 电流处理高熵合金纤维(ECT140)的真应力-应变曲线和加工硬化曲线，插图显示了纤维变形过程的示意图

总的来说，这项工作证明了电流处理技术调控高熵合金纤维微观结构和力学性能的有效性，并为设计具有优异力学性能的先进金属纤维提供了一种有效策略。此外，电流处理可能适用于其他冷加工金属材料，有望在低层错能金属材料中起到突出的强化效果，特别是在FCC结构高熵合金中。