科学网—Accept！IF 12.1的材料科学一区期刊《Rare Metals》已成功发表！
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2026-8-18 11:13
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LetPub助力文章已发表在SCI期刊 Rare Metals （最新SCI期刊分区： 材料科学 1 区 ， IF 12.1 ），评论可以沾沾好运~ 标题为： Tailoring Differentiated Multiscale Microstructure toEnhance the Mechanical Properties of AdditivelyManufactured AlCoFeNi2 at Room and High Temperaturesvia Annealing
摘要
增材制造的 AlCoFeNi 系 共晶高熵合金 在打印态下呈现出非平衡双相微观组织，这使得它们能够通过退火处理进行便捷调控，以挖掘其强韧化潜力。本研究以激光粉末床熔融成形的AlCoFeNi2共晶高熵合金为对象，探究了其退火后的微观组织演变以及室温与650°C下的拉伸力学性能。
研究发现，退火处理会引起多层级微观结构参数的变化，包括残余位错密度、片层结构间距、双相体积分数和晶粒尺寸。这些参数均与退火温度呈单调关系，唯独晶粒尺寸例外，因为当退火温度升至900°C时，机制由晶粒粗化转变为再结晶。
结果表明，该合金在室温与650°C下的变形微观机制存在差异：室温变形以位错滑移为主导，相界能够有效阻碍位错运动；而在650°C时，层错和孪晶被激活，晶界和相界共同贡献强化。这意味着，多尺度微观结构调控必须因室温或650°C服役条件而有所区别。经优化热处理后，在这两个温度条件下，材料的塑性相较于打印态均提高了一倍，同时保留了打印态可观的高强度。
本研究还通过定量模型初步分析了不同尺度组织特征对强度的贡献水平，进一步证实了增材制造共晶高熵合金微观结构具有显著的可调性，并为面向特定服役温度进行差异化微观结构调控提供了依据。
研究结果（部分）
图1 打印态AlCoFeNi2共晶高熵合金的微观组织。
(A) XY平面观察（垂直于构建方向）。(B) XZ平面观察（平行于构建方向）。(C) XZ平面的二次电子扫描电镜（SE-SEM）图像。(D) (C)中红色方框区域的高倍放大图像。(E1) 相图。(E2) 反极图（IPF）。(F1) (E1)中熔池边界区域的放大相图。(F2) (E2)中熔池边界区域的放大反极图。(H) FCC相内L1₂纳米析出相的高分辨透射电镜（HRTEM）图像。(I) FCC相内L1₂纳米析出相的尺寸分布直方图。
图3 不同条件下的室温拉伸性能与断裂特征。
(A–C) 不同条件下试样的室温拉伸性能：(A) 工程应力-应变曲线；(B) 拉伸性能变化趋势（误差棒代表三次独立测试的标准差，反映数据变异性）；(C) 与文献[23–31]报道的不同方法制备的HEAs的比较。
(D–F) 室温拉伸测试后的断口形貌：(D) 打印态，(E) 700°C退火态，(F) 900°C退火态。
(G–H2) 700°C退火试样断口附近区域的明场TEM图像：(G) 相界处的位错塞积；(H1, H2) 相界阻碍位错运动，部分位错穿过相界 。
图5 退火后微观组织与相组成的演变。
(A–C) 不同条件下的微观组织演变：(A) B2相体积分数变化；(B) 片层间距变化；(C) 晶粒尺寸变化。
(D–I) 不同条件下试样的再结晶分布图：(D) 打印态，(E) 700°C退火6小时，(F) 700°C退火6小时，(G) 800°C退火6小时，(H) 900°C退火6小时，(I) 1000°C退火6小时。
(J–L) 微观组织示意图：(J) 打印态，(K) 700°C/6小时退火，(L) 900°C/6小时退火。
总结
本研究表明，退火温度对激光粉末床熔融（LPBF）成形 AlCoFeNi2共晶高熵合金 （致密度99.9%）的微观组织-性能关系起着关键的支配作用，从而能够实现针对性的性能优化。在700°C退火时，合金形成了均匀的FCC/B2纳米片层结构（间距约0.31 μm），并伴有共格 L1₂ 析出相，通过相界强化和双相协调变形，获得了优异的室温协同性能：强度接近打印态水平（UTS = 1508 MPa），同时塑性（EL = 15.9%）提高了91.6%。
相反，900°C退火则获得了最细的等轴晶粒（约2.8 μm）且析出相发生溶解，在650°C下展现出卓越的高温性能：塑性提高了184%（EL = 35.85%），同时保留了打印态84%的强度（UTS = 662 MPa），这得益于 晶粒细化 、应力松弛及耦合变形机制。
定量模型证实，不同尺度的微观结构特征（片层间距、晶粒尺寸、析出相）在不同温度下对强度的主导贡献各不相同。因此，700°C退火最适合要求强度-塑性平衡的室温应用，而900°C退火则针对需要高塑性和适度强度保持的650°C服役条件进行了量身定制，从而为面向特定温度的共晶高熵合金性能设计建立了一个经过验证的框架。
作者致谢
本工作得到了国家自然科学基金（项目批准号：92360302）、浙江省重点研发计划（项目批准号：2024SSYS0076）和贵州省高层次创新型人才项目（项目批准号：YSZ [2023]001）的资助。感谢 LetPub （ www.letpub.com.cn）在本文稿撰写过程中提供的语言协助。
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