学术动态-王锦程教授团队在《Int. J. Plast.》发表研究成果：界面双相壳层赋予FCC/B2双相高熵合金稳定的高温力学性能

研究背景

 FCC/B2双相高熵合金凭借其双相协同强化机制，在高温结构材料领域展现出良好的应用潜力。B2相的引入使合金在室温至高温范围内兼具较高强度与良好塑性，同时较高的Al和Cr含量赋予其优异的抗氧化性能和较低密度。在FCC与B2两相中引入L12析出相可进一步提升双相高熵合金的宽温域力学性能。然而，高温服役对组织长期稳定性提出更高要求。尽管FCC/B2双相基体具有一定抗粗化能力，但在长时高温时效过程中，L12析出相仍易发生粗化甚至局部溶解，削弱析出强化作用并诱发应力集中，从而导致高温力学性能不稳定。因此，阐明L12强化型FCC/B2双相高熵合金的组织演化规律及其对高温力学性能稳定性的影响具有重要意义。

成果简介

本文首次发现了800 °C长期时效过程中，在FCC相内L12析出相常规粗化之外，合金在FCC/B2相界处经历了一种全新的组织演化路径：FCC与B2两相中的L12析出相被逐步消耗，并在相界自组装形成连续的界面L12壳层，最终包覆B2相，构建出“FCC基体(L12析出相)/界面L12壳层/B2核心”的三级分层结构。尽管组织发生显著演化，合金在室温至800 °C范围内仍保持稳定的强度-塑性协同。这一优异性能来源于界面L12壳层引入的额外强化作用，以及FCC、B2与界面相之间的协同变形能力。所提出的定量强化模型表明，界面L12壳层的强化贡献随壳层厚度增加而显著提升。

研究成果以“Hierarchical interfacial L12shell formation enables stable high-temperature mechanical performance in FCC/B2 dual-phase high-entropy alloys”为题发表在国际著名期刊International Journal of Plasticity上。论文第一作者为博士研究生刘林翔，通讯作者为王志军教授和吴庆峰博士，西北工业大学凝固技术全国重点实验室为第一通讯单位。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2025.104585

图文导读

图1   800 °C长时间时效合金 (a) FCC和 (b) B2相内析出相的SE照片：(a1, b1) 24 h；(a2, b2) 96 h；(a3, b3) 192 h；(a4, b4) 384 h；(a5, b5) 720 h

图2 FCC和B2基体内L12析出相的粗化动力学：(a) 体积分数随时效时间的变化；(b, c) 平均尺寸与时效时间的线性和双对数关系；(d) 平均尺寸三次方与时效时间的LSW模型拟合结果

图3 (a1-a3) 时效 24 h、96 h 和 720 h 后的微观组织；(b1-b3) 示意图

图4  长时间时效后的合金拉伸力学性能：(a, b) 25 °C、650 °C和800 °C下的应力-应变曲线；(c, d) 25 °C、650 °C和800 °C下的合金屈服强度和塑性随时效时间的变化

图5   (a) 800 °C时效过程中FCC和B2相的纳米压痕硬度变化；(b) FCC相中L12析出相随平均直径变化的理论与实际强化值；(c) B2相中L12析出相随时效时间变化的理论临界分切应力增量

图6  (a) 实测屈服强度与理论计算值随时效时间变化的对比；(b) 800 °C时效720 h后FCC相、B2相及相界的纳米压痕硬度；插图为相应的压痕图像

图7  25 °C拉伸断裂后的KAM图：(a1, a2) 800 °C时效2 h合金的FCC及B2相KAM图；(b1, b2) 800 °C时效720 h合金的FCC及B2相KAM图；(b4, b5) 800 °C时效720 h合金的SE图像及对应的KAM图；(a3, b3, b6) 沿a1、b1和b4中箭头所示相界区域的KAM值变化

图8   800 °C时效720 h合金的断后微观组织：(a-d) TEM明场图像；(e, f) BSE图像

总结

l FCC基体内L12析出相遵循体扩散控制的立方粗化规律，而B2基体内L12析出相沿界面快速粗化且体积分数持续下降。同时，FCC/B2相界形成并增厚界面L12壳层，通过消耗两相析出相降低界面能。

l 时效后FCC和B2相均发生软化。FCC相软化源于析出强化机制由APB剪切向Orowan弯曲转变，B2相软化则因析出相体积分数下降导致Orowan强化减弱。然而，界面L12壳层提供额外强化，通过界面强化、异质结构强化及APB强化协同维持整体强度。

l 建立了包含FCC、B2及界面L12相的混合模型，预测屈服强度与实验结果一致。模型显示界面L12壳层的强化贡献随壳层厚度增加而增大，时效720 h后占总体强度约103 MPa。

l 界面L12壳层与FCC基体共格，无内部晶界，实现协调变形且不发生自身开裂。B2相仍为主要裂纹萌生位，但其软化及析出相减少带来的可变形性提升亦有助于维持合金塑性。

研究结果为设计长期热稳定的双相高熵合金提供了新策略，强调了自组装界面相演化在高温长期服役中维持力学性能的重要作用。

团队简介

材料微观组织计算与合金设计研究团队长期深耕于材料基因工程、先进金属材料研发、增材制造控形控性、铸造熔炼工艺仿真、辐照组织模拟预测、机器学习与集成计算等领域，在Nature Communications/Acta Materialia/International Journal of Plasticity等重要期刊已发表论文50余篇。

课题组网站：http://www.jchwang.com

图文|刘林翔

编辑|冯芳

责编|何峰

审核|禹亮