在航空航天、核能及高速碰撞等應用場景中，材料往往面臨高應變率與寬溫區（從極低溫到高溫）的雙重挑戰。傳統材料在此類環境下常面臨強度下降、塑性喪失甚至失效，而高熵合金因其復雜成分與穩態結構，被認為是解決這一“卡脖子”難題的理想候選材料。然而，其在極端溫度與動態加載下的微觀機制尚不明晰，限制了其工程化應用。

近日，哈爾濱工業大學寧志良教授和黃永江教授團隊聯合奧地利科學院Jürgen Eckert教授（奧地利科學院院士）、香港大學顏慶云教授（英國皇家工程院院士）合作，在國際頂級期刊 International Journal of Plasticity 上發表題為《Deformation behavior and strengthening mechanisms of high-entropy alloys under high strain rate across wide temperature ranges》的研究成果。該論文由哈爾濱工業大學和奧地利科學院ESI材料研究所聯合培養博士研究生（聯培導師為奧地利科學院院士Jürgen Eckert教授）王克研擔任第一作者，寧志良教授、黃永江教授、張彥明博士為通訊作者。

在這項研究中，作者系統考察了具有面心立方結構的CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金在動態加載條件下的力學行為——通過霍普金森拉桿在高達3000 s?¹的應變率及93~1073 K進行實驗，揭示了其微觀強化機制演化：在低溫區（93 K）由密集孿晶、層錯、Lomer-Cottrell鎖及變形帶協同提升其強度與塑性；隨著溫度升高，位錯滑移逐漸占據主導，并于873 K發生從局部化到均勻化的宏觀變形轉變；在高溫區（＞873 K）則出現動態回復與不連續動態再結晶，晶粒細化使塑性得以維持在60%以上。該成果不僅闡明了高熵合金在寬溫高應變環境下的“生存法則”，也為其在航空航天、核能等極端工況條件下的實際應用提供堅實支撐。

1、低溫（93 K）下，具有體心立方結構的CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金的強度和延展性均較室溫提升超30%，這源于多尺度孿晶、位錯纏結、變形帶與Lomer-Cottrell鎖的協同作用。

2、高溫（1073 K）下，盡管發生熱軟化，動態回復與再結晶形成細化晶粒使CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金延伸率依然保持>60%。

3、明確了873 K為CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金動態力學行為的關鍵轉變溫度：宏觀形變從局部化轉變為均勻化，微觀機制也從孿晶主導過渡至熱激活的回復與再結晶。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2025.104321

CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金的初始微觀結構，圖中通過晶粒取向分布圖、X射線衍射和掃描透射電子顯微鏡元素分布圖展示高熵合金具有單一面心立方結構，晶粒尺寸約211 μm且合金元素分布均勻，這表明其在原始態下具有良好的化學均勻性和結構穩定性。

CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金的動態拉伸應力—應變曲線及溫度依賴性總結，在93~1073 K、應變率3000 s^-1條件下的動態拉伸應力—應變曲線：低溫時曲線呈高強度和高延伸率、曲線震蕩頻率增加；高溫時曲線平滑但強度下降。圖(b)匯總了屈服強度、極限拉伸強度與延伸率隨溫度變化趨勢，直觀揭示了“低溫強度與塑性協同提升、高溫熱軟化但塑性依舊優異”的性能演化。

CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金在不同溫度下動態拉伸斷面的電子背散射衍射分析，（a-d）分別為93 K、298 K、873和1073 K下斷面的晶粒取向圖，圖(a₁–d₁)為對應的局部平均取向差分布圖。在低溫條件下，晶粒中出現密集變形帶與孿晶結構，局部平均取向差值普遍較高，且高值區域集中，反映出應變在晶粒內呈高度局域化分布。隨著溫度升高，變形帶數量逐漸減少、局部平均取向差的空間分布逐漸趨于均勻，整體取向差水平明顯下降，表明發生了明顯的動態回復行為。至高溫（1073?K）時，晶粒內應變分布更加協調一致，說明宏觀形變機制已從低溫下的局部集中特征轉變為高溫下的均勻變形主導。

CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金動態拉伸斷口區域的晶粒取向分布圖與取向差角分析，該圖展示了高熵合金在圖（a-d）93?K、298?K、873?K和1073?K下，斷口附近微區的晶粒取向圖和沿特定方向的取向角剖面變化。在低溫（93?K）下，晶粒中存在大量密集孿晶和顯著變形帶，取向剖面上角度突變頻繁，說明塑性高度局域化；隨溫度升高，變形局域性逐漸減弱，到1073?K時剖面變化趨于平緩，表明宏觀變形趨于均勻化，微觀機制由孿晶與位錯主導逐步轉為熱激活過程主導。

CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金在93?K極低溫下動態拉伸的微觀結構演化特征。透射電子顯微鏡圖像揭示，高熵合金內部形成大量密集的主孿晶和二級交叉孿晶，同時觀察到位錯在剪切帶中高度纏結并形成典型的Lomer-Cottrell鎖。這些復雜的晶體缺陷共同作用有效抑制了位錯滑移和局部軟化，實現了強度與塑性性的協同提升，這是低溫下體現優異力學性能的關鍵機制。

CoCrFeNiMn_0.75Cu_0.25高熵合金在1073?K下的再結晶行為，晶粒取向圖中出現新形成的等軸細晶，平均晶粒尺寸明顯減小。對應的局部平均取向差分布圖顯示材料內部錯配角度顯著降低，局部應變得以釋放。在再結晶區域，取向發生突變，沿著剖面線呈現出連續梯度變化，這清晰表明高溫下發生不連續動態再結晶。這一過程有效緩解了高溫條件下的熱軟化趨勢，是合金能在1073?K依然保持良好塑性的關鍵機制。

王克研（第一作者），哈爾濱工業大學博士研究生，奧地利科學院ESI材料研究所聯合培養博士研究生。主要從事高熵合金極端條件下變形和成形、鋁合金組織細化和強韌化研究。以第一作者和共同作者在International Journal of Plasticity、Materials Futures、Rare Metals等國際著名學術期刊發表SCI論文13篇，谷歌學術引用250余次，獲授權國家發明專利2項。參與國家自然科學基金面上項目的研究工作。

寧志良（通訊作者），教授，博士生導師，哈爾濱工業大學精密熱成形全國重點實驗室教師。先后主持承擔國家自然科學基金面上項目、國家部委基金項目、科技部國際合作項目、黑龍江省科技攻關重點項目20余項。獲得省部級科技進步二等獎三項，發表論文140余篇，其中SCI收錄80余篇，申報國家發明專利70余項，授權40項。

黃永江（通訊作者），哈爾濱工業大學教授，工學博士，博士生導師，英國皇家學會牛頓學者，黑龍江省高層次人才，中國金屬學會非晶合金分會委員，中國熱處理行業協會汽車鋼分會副理事長。主要從事新型航天金屬材料的增材/增減材智能制造、亞穩金屬材料（包括非晶合金及其復合材料、輕合金、高熵合金等）、凝固理論及鑄造裝備、液態金屬等方向研究工作。獲黑龍江省科技進步二等獎一項，黑龍江省自然科學二等獎一項，黑龍江省高校自然科學一等獎和二等獎各一項。在Advanced Materials，Acta Materialia，International Journal of Plasticity，Additive Manufacturing，Materials Futures，Corrosion Science等國際著名學術雜志上發表SCI收錄論文230余篇，被Science等權威雜志引用6230次（單篇最高SCI引用280余次），ESI高被引3篇，2篇論文入選封面論文，1篇論文入選中國知網高影響力論文，1篇論文入選Rare Metals雜志年度最佳論文，H因子40，申請專利82項，授權55項，擔任6個國際期刊編委/青年編委。