第一作者：Li Feng

通讯作者：Gang Qin，Ruirun Chen 

通讯单位：哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.147508

参考资料：Materials Science & Engineering A 920 (2025) 147508

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一、论文摘要

    纳米析出相强化是提升高熵合金力学性能的一种高效策略。现有研究主要集中于阐明强化机制，而对加工工艺的关注相对有限，然而加工工艺对于这些材料的工业应用同样至关重要。本研究系统考察了不同温度（300–800 °C）和时长（0.5–12 h）的时效热处理对纳米析出相强化Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金微观结构和力学性能的影响。研究结果表明，与铸态合金相比，在700 °C时效4 h使合金的屈服强度从323 MPa提升至440 MPa，强度显著提高了36%，但这一改善伴随着塑性的轻微降低。这种强化归因于在合金基体中成功形成了均匀分布的共格纳米析出相。此外，基于位错钉扎理论对强化贡献的评估表明，纳米析出相强化是导致强度增加的主要机制。这些结果强调了工艺参数在优化高熵合金力学性能中的关键作用，从而促进其更广泛的工业应用。

二、图文解析

图1：Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁合金各种加工工艺路线示意图。

图2：铸态Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金的微观结构和元素分布。

表1：Co、Cr、Cu、Mn和Ni各元素之间的混合焓（ΔH_mix，kJ/mol）。

图3：Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金在铸态和时效态（300–800 °C时效1 h）下的力学性能：（a）拉伸工程应力-应变曲线；（b）屈服强度和延伸率。

图4：Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金在不同温度时效1 h的微观结构：（a）300 °C；（b）400 °C；（c）500 °C；（d）600 °C；（e）700 °C；（f）800 °C。

图5：Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金在铸态和不同温度时效1 h条件下的XRD图谱：（a）铸态、300 °C时效1 h和800 °C时效1 h样品的XRD图谱；（b）800 °C时效1 h样品的XRD图谱。在试样中观察到σ相峰和面心立方（FCC）峰。

图6： Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金在700 °C时效不同时间的力学性能：（a）拉伸工程应力-应变曲线；（b）屈服强度和延伸率。

图7：Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金在700 °C时效不同时间的微观结构：（a）0.5 h；（b）2 h；（c）3 h；（d）4 h；（e）8 h；（f）12 h。

图8：Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金在700 °C时效4 h的透射电镜表征：（a）扫描透射明场图像及相应的元素分布图，显示高密度富Cu纳米颗粒的均匀分布；（b）从图8a所示整个区域获得的选区电子衍射花样；（c）高分辨透射电镜图像及相应的快速傅里叶变换分析，表明纳米析出相与基体共格。

图9：Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金在700 °C时效4 h后的微观结构：扫描透射明场图像及相应的元素分布图。插图所示衍射花样来源于扫描透射图像中识别的富CoCr σ相区域。

图10：铸态Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金的微观结构：扫描透射明场图像及相应的元素分布图。插图中的衍射花样从扫描透射图像所示的整个区域获得。

三、结论

   本研究系统考察了时效热处理对Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁纳米强化高熵合金微观结构和力学性能的影响。采用了300–800 °C的热处理温度和0.5–12 h的时效时间。主要研究结果如下：

（1）通过时效热处理，在铸态Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金中成功引入了均匀分布的共格纳米析出相。

（2）经700 °C处理4 h的Co₂₉Cr₃₁Cu₄Mn₁₅Ni₂₁高熵合金与铸态合金相比强度提高了36%，抗拉强度从323 MPa上升至440 MPa，尽管伴随着塑性的轻微下降。

（3）当热处理温度超过600 °C时，富Co和富Cr的σ相在晶界处形成。

（4）σ相的形成对合金的力学性能有害，因此在加工过程中减轻这一现象至关重要。

本研究为优化时效热处理参数以提升高熵合金的力学性能提供了有价值的见解。