11月29日，东北大学材料科学与工程学院贾楠教授课题组在国际顶级学术期刊《科学进展》（Science Advances）上在线发表题为Local chemical order enables an ultrastrong and ductile high-entropy alloy in a cryogenic environment的研究论文。东北大学为该文的第一完成单位，材料科学与工程学院2021级直博生孙利芳和青年教师何竹风为共同第一作者，材料科学与工程学院贾楠教授、申勇峰教授和闫海乐副教授为共同通讯作者。东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室、轧制技术及连轧自动化国家重点实验室、中国科学院金属研究所以及美国田纳西大学为合作研究单位。
随着人类探索太空与未知世界的需求日益增加，应用于航空航天、深海舰船、极地科考和低温存储等高新领域的金属结构材料要求其在从室温到深低温（~70K）的宽温域中同时具有高强度与良好的韧性。该文通过引入间隙原子N的手段调控合金的层错能并使材料内局部化学有序（LCO）度显著增加，同时利用中等形变量冷轧和部分再结晶退火相结合的简单热机械处理，构造了一种具有多尺度异质结构的FeMnCoCrN高熵合金。该材料在室温和液氮温度下均表现出超高的屈服强度和良好的韧性匹配，特别是在77K下拉伸变形时的屈服强度和均匀延伸率相比于298K下获得了同步的提升，分别由1170MPa和8.2%提升至1836MPa和11.6%。经研究，室温下超高的屈服强度主要得益于所构造的多尺度异构。液氮温度下屈服强度的大幅提升则归因于在屈服阶段即已发生的机械孪生和马氏体相变以及低温引起晶格摩擦力的提升。液氮温度下加工硬化能力的提升则归因于该材料在塑性变形过程中除了室温下表现出的机械孪生和位错平面滑移外还激活了LCO结构的动态演化及其引起的位错交滑移。
图1.所开发合金在室温和深低温环境中的拉伸力学性能及与其它高性能低温材料的对比
图2.多尺度异构合金的微观结构特征
该文开发的高性能低温用金属材料避免了成本高昂的合金化，提出的设计策略可望为开发先进—低成本—低温用结构材料开辟新途径。该文是贾楠教授课题组近年来在先进金属结构材料—高强韧面心立方高熵合金研究方向的系列成果之一。上述研究得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费等项目的支持，特别感谢东北大学分析测试中心在精细微结构电镜表征以及织构测试方面提供的帮助。
