《JMST》丨冷轧高熵合金退火L12析出相演变与强化新机制

2026-04-13 15:09:00 作者：本网发布来源：材料强化与防护分享至：

开发兼具强塑性的金属结构材料是材料科学领域的核心目标之一，近年来最受关注的新兴材料体系之一高熵合金，因其独特的合金成分设计策略，普遍具有优异的性能组合。其中，面心立方结构高熵合金通常需要通过引入第二相（如L1₂有序析出相）来进一步提升合金的强度，然而，在冷轧后的大变形高熵合金中，变形组织与后续退火过程中析出相的交互作用复杂，其析出行为尚不完全清楚，特别是晶界及其迁移在层片状析出相生长中的作用，理解这些演变过程对于优化高熵合金性能至关重要。

2026年3月6日，材料领域的国际期刊《JMST》上在线发表了一篇题为“L1₂ precipitate evolution and strengthening mechanism in high-entropy alloys during cold-rolling and annealing”的研究论文。团队的该工作系统研究了经历冷轧变形的高熵合金在连续退火过程中L1₂析出相的演变规律，揭示了一种由晶界迁移诱导的独特层片状析出相形成机制，并阐明了Cu和Ti元素在控制析出相形貌中的关键作用，该研究为结合大变形与沉淀强化的高性能高熵合金设计提供了重要的理论指导。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2026.03.001

【核心内容】

研究以成分为Al_7.3Co_21.3Cr_10.7Ti_4.9Fe_21.3Ni_32.0Cu_2.5(at.%) 的高熵合金为对象，对经过90%减薄的冷轧样品进行系统退火研究，研究发现，在超细晶区域，L1₂析出相优先沿晶界形核，稳定超细晶结构；而在较大晶粒区域，元素偏聚和球形L1₂析出相最初在高位错密度区形成，同时，在退火后期，发现了层片状、条带状L1₂析出相的定向生长，最终形成了面心立方基体与L1₂相交替的层片结构，这种层片状析出相的形成很可能由晶界迁移诱导，而非经典的胞状析出机制。

图形摘要

【研究成果】

① 力学性能的阶段性演变

团队确定最佳退火温度为550℃，在该温度下，合金的硬度和拉伸强度与退火时间并未呈现单调关系，强度在0.5至8h退火后达到平台期（1880-1920MPa），随后在64h出现一个次级峰值，之后持续下降，塑性则随退火时间延长而提升，在退火256 h后，延伸率接近19%。与此同时，合金内部的局部应变在退火过程中被逐步弛豫，剪切带区域因高位错密度而优先发生再结晶，KAM值迅速下降；而非剪切带区域的应变演化则与析出相的形核、粗化过程紧密耦合。

不同退火过程的力学性能演变：（a）不同温度下退火4h后的显微硬度变化；（b）550℃下退火不同时间的力学性能曲线

550℃不同退火时间下的EBSD分析揭示微观结构演变

② 异质微观结构的形成与演变

冷轧引入的异质变形结构（剪切带vs.非剪切带）主导了后续退火过程中的再结晶行为，EBSD分析显示，剪切带区域在退火初期即形成~50-100nm的大量超细晶（UFG），并以大角度晶界为主；而非剪切带区域则保留较多小角度晶界，再结晶进程缓慢。随着退火进行，非剪切带区域的小角度晶界逐渐转变为大角度晶界，晶粒长大，形成较大晶粒（LG）区域，直至退火256h，全样本才完成完全再结晶，形成等轴晶组织。

退火1h后L1₂析出相的早期形成

退火64h后L1₂析出相的粗化与晶界钉扎

③ L1₂析出相形貌的关键转变：从球状到条带状

退火4h后，L1₂超点阵衍射斑变得明锐，球形纳米析出相在晶内均匀生成，至退火32h，微观结构出现分化：在超细晶区域，析出相钉扎晶界，抑制晶粒长大；而在已长大的晶粒内部，同时出现了晶内的球形析出相，以及沿晶界分布的层片状、条带状析出相两种析出相形貌，这种条带状形貌虽似胞状析出，但并无经典DP的明确胞状反应前沿。

退火32h后析出相形态变化与晶粒生长

退火4h与32h后APT揭示的元素分布与L1₂析出相演变

退火64h与256h后APT揭示的层状L1₂析出相形成与粗化

④ 元素分配、晶界迁移诱导机制与定量强化模型

Cu在退火后期偏聚于L1₂析出相中，Cu与基体元素（Co，Cr，Fe）的正混合焓驱使其进入L1₂相，从而降低了相界能，稳定了层片状形貌，抑制了其球化，结合TEM观察，团队提出这种层片状析出相的生长是由迁移中的晶界通过快速扩散通道持续提供溶质原子所驱动的，是一种“晶界迁移诱导”的新机制。并且，团队将强度贡献分解为超细晶/大晶粒的Hall-Petch强化、球形析出相的切过机制强化，以及后期层片结构的复合强化，计算结果表明，在退火32h出现的强度下降主要源于基体再结晶软化，而64h出现的次级强度峰则归功于层片状析出相形成的额外强化贡献。