高熵合金（HEAs）是一種基于熵最大化的新型合金成分設計的多組分合金體系。與傳統合金相比，它們具有一系列獨特的力學性能。高熵合金（HEAs）代表了傳統合金設計概念的突破，在傳統合金設計概念中，僅一種或兩種主要元素構成基本成分，因為HEA包含至少五種相同或接近相等原子比的主要金屬元素。這些合金通常還傾向于形成簡單無序的固溶體結構，例如面心立方（FCC），體心立方（BCC）或六方密堆積結構（HCP）。除了遵循玻爾茲曼關于熵和合金體系復雜性之間關系的假設的高混合熵之外，這些結構特征還歸因于這種多元素混合物中的大晶格畸變和緩慢擴散。最近的研究表明，與傳統合金相比，HEA具有很高的熱穩定性，極好的疲勞性，耐磨性和耐腐蝕性，并具有更高的硬度，以及出色的高溫和低溫性能,
在過去的十年中，已經付出了巨大的努力來增進對鑄態條件下HEA的微觀結構和性能的理解。HEA的緩慢擴散特性促進了鑄件缺陷，例如鑄件孔隙率，成分偏析和不均勻的微觀結構。人們期望打破這種鑄造HEA的固有過程。
基于此，北京科技大學張勇教授團隊采用熱拉法成功制備了直徑為1~3.15 mm，含有Al0.3CoCrFeNi（at.%）的HEA纖維，并利用掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）對其進行了微觀結構表征。利用TEM中的能量色散x射線光譜和原子探針斷層掃描（APT）測定了纖維內部和纖維之間的成分變化。這些分析顯示，鑄態材料中有均勻的面心立方（FCC）結構，而后處理（如鍛造和拉絲）在FCC基體中產生了納米尺寸的B2顆粒。采用電子背散射衍射（EBSD）法測定了纖維加工后的織構和晶界特征的變化。在289K和77K條件下，測定了纖維的抗拉強度和塑性，分別達到1207MPa /7.8%和1600 MPa/17.5%。詳細的TEM分析表明，77K時力學性能的改善(即強度和延性的提高)是由于變形機制的改變，從位錯的平面滑移到納米孿晶。這些特性可能有利于低溫應用。相關研究成果以High-entropy Al0.3CoCrFeNi alloy fibers with high tensile strength and ductility at ambient and cryogenic temperatures為題發表在Acta Materialia上。
論文鏈接;https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.10.038
圖1顯示了直徑為1.00-3.15 mm的連續纖維照片。纖維是圓柱形的并且幾乎無瑕疵，這意味著熱拉伸方法是生產高質量HEA纖維的有效技術。圖2示出了經過各種加工技術的Al 0.3 CoCrFeNi合金的X射線衍射圖。確定了主要相，即單一FCC晶體結構。
綜述所述，本文研究了五元Al0.3CoCrFeNi HEA纖維的微觀結構和力學性能的影響。采用熱旋鍛和熱拉工藝制備的HEA纖維主要織構為<111>和<100>織構。Al和Ni原子之間的強相互作用產生了大約200nm的B2 Al-Ni粒子。在HEA纖維的拉伸試驗中，析出的顆粒和細小的晶粒共同促進了纖維的持續高強度和延展性。特別是直徑為1.00 mm的纖維在298K時表現出了顯著的拉伸強度和延展性，分別為1207 MPa和7.8%，在77K時分別提高到1600 MPa和17.5%。與298K時的平面滑移變形機制相比，77K時變形后出現了形變誘導的納米孿晶，從而提高了77k時的拉伸強度和延性。HEA纖維在低溫下強度與延性的良好結合，為未來高性能HEAs工程材料的開發開辟了一條創新的道路。
