導(dǎo)讀：本文系統(tǒng)研究了兩種L12強(qiáng)化高熵合金（HESA）在700°C下的氧化行為和機(jī)械性能，結(jié)果表明，通過(guò)用Nb代替Ti并略微優(yōu)化機(jī)械性能，抗氧化性得到顯著提高。Nb取代Ti促進(jìn)了連續(xù)Cr 2O3的形成，AlNbO4和Al2O3層，并導(dǎo)致抗氧化性的顯著提高，從而突出了Nb-軸承HESA作為高溫結(jié)構(gòu)材料的巨大潛力。

開(kāi)發(fā)具有卓越高溫性能的先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料，一直是提高能源系統(tǒng)效率和可持續(xù)性的艱巨任務(wù)。基于一個(gè)或兩個(gè)主要元素的傳統(tǒng)合金設(shè)計(jì)策略正在接近其極限，以進(jìn)一步提高性能。作為一種新穎的合金設(shè)計(jì)理念，由多主要成分組成的高熵合金（HEA）由于其許多有趣的性能而引起了人們的極大興趣。例如，最具代表性的HEA，即具有單FCC晶體結(jié)構(gòu)的等原子NiCoFeCrMn合金，表現(xiàn)出出色的損傷耐受性和斷裂韌性，特別是在低溫下。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)單FCC HEA系統(tǒng)的屈服強(qiáng)度仍然不足以用于實(shí)際的結(jié)構(gòu)應(yīng)用，特別是在高溫下。

得益于L1固有的延展性和出色的熱穩(wěn)定性2顆粒，這種類型的HESA在寬溫度窗口中表現(xiàn)出作為結(jié)構(gòu)材料的巨大潛力，特別是在600-800°C高溫的中間溫度范圍內(nèi)。近日，Yang等人介紹了一種高密度的延展性多組分金屬間納米顆粒化合物，實(shí)現(xiàn)~1.5 GPa的超強(qiáng)極限拉伸強(qiáng)度和高達(dá)~50%的延展性。此外，Yang等人研究了Ni-30Co-13Fe-15Cr-6Al-6Ti-0.1B（at%）HESA的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能，經(jīng)過(guò)雙相時(shí)效過(guò)程后，在700°C下可以達(dá)到1.0 GPa的超強(qiáng)拉伸強(qiáng)度和~9%的延展性，卓越的性能使L12-加強(qiáng)HESA作為中溫工程應(yīng)用承重材料的競(jìng)爭(zhēng)性候選材料。

在高溫循環(huán)氧化過(guò)程中，傳統(tǒng)的CM247LC鎳基高溫合金表現(xiàn)出比含鈦L1更好的抗氧化性。由于存在含鈦氧化物，HESA得到加強(qiáng)。結(jié)果表明，隨著Ti/Al比的提高，拉伸強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，而多孔和非保護(hù)性TiO2的形成加速。表面上極大地?fù)p害了它們的抗氧化性。因此，迫切需要進(jìn)行成分優(yōu)化以提高L12的抗氧化性。在不犧牲機(jī)械性能的情況下強(qiáng)化HESA。

基于上述分析，與Ti軸承系統(tǒng)相比，Nb軸承HESA系統(tǒng)有望同時(shí)提高機(jī)械性能和抗氧化性。然而，對(duì)不同HESA體系的機(jī)械性能和氧化行為的精確理解很少得到系統(tǒng)和定量的研究。因此，在這項(xiàng)研究中，香港城市大學(xué)、國(guó)立臺(tái)灣海洋大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國(guó)立清華大學(xué)吳凱、劉紹飛等人對(duì)L12-強(qiáng)化HESA（ (Ni2Co2FeCr)92Nb4Al4 and (Ni2Co2FeCr)92Ti4Al4）在700°C時(shí)的機(jī)械性能和抗氧化性進(jìn)行了全面的研究。特別是對(duì)變形行為、氧化動(dòng)力學(xué)和尺度構(gòu)成進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)。基于研究結(jié)果，本研究著力揭示其在高溫下的氧化機(jī)理，探討Nb-軸承L12-在中溫環(huán)境下強(qiáng)化高附加大氣層。的適用性本文以題“Oxidation behaviors and mechanical properties of L12-strengthened high-entropy alloys at 700℃”發(fā)表在Corrosion Science 上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X22004176

在HESA中，抗拉強(qiáng)度和延展性隨著Ti被Nb取代而同時(shí)增強(qiáng)。與 (Ni2Co2FeCr)92Ti4Al4，(Ni2Co2FeCr)92Nb4Al4極限抗拉強(qiáng)度為從783 MPa增至890 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率由8.3%微增至10.1%。Nb的合金添加可以幫助顯著降低氧化動(dòng)力學(xué)并增強(qiáng)抗氧化性。

圖 1.（a） 兩種研究的HESA在氧化前的XRD曲線。（b）Ti-HESA和（c）Nb-HESA的（220）衍射峰的反卷積，顯示L1之間的晶格失配2沉淀和FCC基質(zhì)。

圖 2.SEM微觀結(jié)構(gòu)位于（a1） 低放大倍率和 （a2） 高放大倍率，以及 （a3Ti-HESA的暗場(chǎng)TEM圖像;（b）處的掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)1） 低放大倍率和 （b）2） 高放大倍率，以及 （b）3）Nb-HESA的暗場(chǎng)TEM圖像。

圖 3.Ti-HESA和Nb-HESA在700°C下的拉伸性能。

圖 4.兩種HESA在700°C下氧化360小時(shí)的氧化動(dòng)力學(xué)：（a）質(zhì)量變化與氧化時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，（b）擬合的平方質(zhì)量增益線。

圖 5.（a）Ti-HESA和（b）Nb-HESA在700°C下氧化24 h和360 h的XRD模式。

圖 6.（a）Ti-HESA和（b）Nb-HESA在700°C下氧化24 h的表面氧化物的形貌和相應(yīng)的元素分布。

圖 7.（a）Ti-HESA和（b）Nb-HESA在700°C下氧化360小時(shí)的表面氧化物的形貌和相應(yīng)的元素分布。

圖 8.700 °C氧化1 h后（a）Ti-HESA和（b）Nb-HESA的氧化物層的STEM明場(chǎng)圖像和相應(yīng)的EDS圖，以及（c）Ti-HESA和（d）Nb-HESA氧化物層的SADPs。

圖 9.在700 °C下氧化24 h后Ti-HESA氧化物層的STEM-EDS圖，以及STEM圖像中相應(yīng)區(qū)域1-3的SADP。

圖 10.在700 °C下氧化24 h后Nb-HESA氧化物層的STEM-EDS圖，以及STEM圖像中相應(yīng)區(qū)域1-3的SADP。

在HESA中，Nb取代Ti對(duì)氧化動(dòng)力學(xué)和尺度構(gòu)成具有顯著的積極貢獻(xiàn).在  (Ni2Co2FeCr)92Ti4Al4,合金，Nb的有益作用歸因于Cr和Al活性的增強(qiáng)，有利于保護(hù)Al的生長(zhǎng)2O3和AlNbO4.此外，富氮化管 D019晶界沉淀物還通過(guò)短路抑制Fe和Cr向外擴(kuò)散，從而抑制鐵尖晶石和氧化鉻的生長(zhǎng)，從而有助于產(chǎn)生積極作用。