69天后，“它”再登Nature

具有面心立方(fcc)结构的单相高、中熵合金，通常具有较高的拉伸延展性和优异的柔韧性，但它们的室温强度较低。晶界、孪晶界、溶质原子和析出相等位错障碍可以提高合金强度。然而，除了少数例外，这些障碍往往会降低其延展性。

在此，来自美国田纳西州橡树岭橡树岭国家实验室的Ying Yang &Easo P. George等研究者展示了一个策略，利用Fe-Ni-Al-Ti中熵合金的析出强化，将这些双重功能结合在了单一合金中。相关论文以题为“Bifunctional nanoprecipitates strengthen and ductilize a medium-entropy alloy”于2021年07月07日发表在Nature上。

同时，我们发现，距离上一篇发表在正刊上的有关中高熵合金文章，仅仅才过去69天(上一篇也是发表在Nature上，来自于4月29日中国科学院力学研究所的首篇Nature！)

在此，研究者合金中的纳米析出相，除了能提供传统的基体强化之外，还可以调节其从fcc-奥氏体到体心立方(bcc)马氏体的转变，通过转变温度淬火后限制其维持亚稳态fcc。在随后的拉伸测试中，基体逐渐转变为bcc-马氏体，使强度、加工硬化和延展性大幅度提高。这种纳米析出相的使用，利用了析出强化和相变诱导塑性之间的协同效应，从而同时提高了拉伸强度和均匀延伸率。

研究结果表明，协同变形机制可以通过改变析出相特征(如尺寸、间距等)，以及相变的化学驱动力，在需要时被有意激活，从而优化强度和延性。

图1. FNAT-m-47h和FNAT-47h合金的组织和拉伸性能

研究者策略的基本概念可以用两种假设的合金来说明。合金Α1在高温下为单相fcc(奥氏体)，如图1a。它的组成是这样的，当淬火到室温时，它应该发生bcc-马氏体的转变，得到图1b。合金Α2在高温下具有两相组织(图1c)，由分布在fcc-奥氏体基体中的析出相组成，其成分与Α1相同。因此，在没有析出相的情况下，A2基体在淬火时也应发生bcc-马氏体的转变。然而，由于析出相的空间限制，研究者预计其马氏体相变将被抑制，从而形成亚稳的fcc-奥氏体基体，如图1d。

图2. FNAT-47h和FNAT-4h合金的显微组织分析

图3. FNAT合金的室温力学性能和变形机理

图4. 当前MEAs (FNAT-47h、FNAT-8h和FNAT-4h)与其他HEAs和钢在室温下的均匀延伸率和极限抗拉强度的比较

FNAT-47h的马氏体相变，产生一定程度的加工硬化(σ_UTS(1,830 MPa) – σ_y(868 MPa) = 962 MPa)，是(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇合金(σ_UTS(1,468 MPa) – σ_y(1,028 MPa) = 440 MPa的两倍。因此，研究者的FNAT合金，在一个简单的Fe-Ni基体中只有大约24-26 vol%的纳米析出相，与(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇合金相比，(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇合金在更浓的FeCoNi基体中有超过两倍(~55 vol%)的纳米析出相，其(47 h退火)或(4 h退火)的极限强度均可提高25%。

值得注意的是，研究者在此利用析出相的特征(尺寸和间距)来控制空间约束，进而控制常规强化、马氏体相变和相变诱导塑性，这与之前的研究不同，在之前的研究中，析出相常被用来改变基体成分(从而改变M_s温度或层错能)。该研究结果在不改变合金成分的情况下，通过调整双功能析出相的特征(尺寸、间距)，为优化不同变形机制的顺序激活提供了新途径。