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西安交大&南方科大：延伸率提高86%以上！硼元素助力高熵合金性能提升！

导读：析出强化作为一种有效的强化机制被广泛应用于高熵合金中。然而，高析出强化的高熵合金通常表现出严重的脆性。如何有效地实现超高强度并保持可靠的延展性一直是一个难题。本文首次报道掺杂极少量硼以达到这一目标。由于硼可以降低晶界的能量，在高Ti和Al含量的FCC FeCoNiCr高熵合金加入30 ppm的硼后,可以显著改变材料初始的微观结构,进而改善机械性能,硼的加入可以消除Heusler析出相-基体界面形成的微空洞，抑制粗BCC Heusler析出相的形成和偏析，促进L12纳米粒子的形成。这一微观结构的改变将拉伸延展性提高了约86%以上，并保持了相当甚至更好的极限抗拉强度。

高熵合金(HEAs)作为一种新兴的金属材料，因其独特而吸引人的性能，特别是在室温和低温下的力学响应得到了广泛的研究。特别是这些面心立方(FCC)单相HEAs(如FeCoCrMnNi)表现出优异的断裂韧性和拉伸延展性，引起了广泛的关注。然而，由于它们在室温下的屈服强度较低，通常小于300MPa，不能直接用于结构应用。

因此，许多传统的强化策略被用来强化这些FCC HEAs，如固溶强化、位错硬化、晶界硬化和析出强化。析出强化是面心HEA基体中形成二次沉淀的最有效方法之一。采用L12型、B2型、Heusler型、σ型或μ型等金属间化合物作为FCC高温合金的强化相，使其室温强度和延性得到很好的结合。然而，目前这些工作仅仅集中在调整块体成分以达到预期的强度，但很少有工作是使用微量掺杂剂(如硼)来调整微观组织以达到最佳的强度和延展性平衡。

基于此，西安交通大学金属材料强度国家重点实验室江峰教授团队和南理工合作通过向（FeCoNiCr）88Ti6Al（at. ％）HEA中添加了30 ppm的硼，该HEA包含两种类型的金属间化合物（基于BCC的（Ni，Co）2TiAl Heusler和L12型FCC基（Ni，Co）3TiAl））作为强化相，并具有超高强度，但延展性差。由于添加了硼，促进了β型沉淀，与无硼HEA相比，延展性得到了显着改善。这项研究成果可以应用于其他HEA，以实现预期的高强度并避免通常的延展性下降。相关研究成果以题“Enhancement of strength-ductility balance of heavy Ti and Al alloyed FeCoNiCr high-entropy alloys via boron doping”发表在国内顶级材料期刊Journal of Materials Science & Technology上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.10.023