CoCrFeNi基高熵合金沉淀强化相特征、析出动力学及调控

Very recently, the CoCrFeNi-based high entropy alloys have attracted many attentions with excellent low temperature ductility and radiation resistance and show important potential applications. However, their low strength greatly limits their future application. The precipitation strengthening is one of the most effective methods to enhance the alloys strength. However, the fundamental understandings of the characteristics of precipitates and precipitation dynamics are still absent, preventing the adjustment of the precipitation strengthening. In this proposal, by focusing on the three kinds of typical precipitates in CoCrFeNi-based high entropy alloys, γ′, γ″and σ, we will present deeply investigations on the characteristics of the precipitates and the precipitation dynamics. The multi-principal components effect on the properties of precipitates and the slow kinetic effects on the precipitation dynamics will be revealed. The strengthening effects will be optimized by modulating the interface structure, volume fraction and the particle size of the precipitates. The completion of this project will lay the foundation for the precipitation strengthening of high entropy alloys.

近年来，CoCrFeNi基高熵合金以独特的形变机制、优异的低温韧性和抗辐照性能引起了广泛关注并具备重要应用前景，然而有限的强度成为制约其发展的瓶颈，进一步提高强度是其所面临的亟待解决的重要问题。沉淀强化是可保留其优异特性并显著提高强度的重要手段，然而，高熵合金中多主元效应及缓慢动力学效应对沉淀相特征及析出动力学行为的影响机制尚未揭示，严重制约高熵合金的沉淀强化调控。本项目以CoCrFeNi基高熵合金中γ′、γ″和σ三种沉淀强化相为研究对象，通过高分辨透射电镜、三维原子探针、第一性原理计算及相场组织模拟等研究手段，阐明多主元合金化元素对沉淀相析出类别、结构特征及界面特性的作用机制，揭示缓慢动力学效应对沉淀相析出动力学的影响规律，建立沉淀强化相析出动力学模型，实现对沉淀强化相界面结构、体积分数、尺寸及分布等特征的调控，为CoCrFeNi基高熵合金的沉淀强化设计奠定理论基础，促进高熵合金的发展。

高熵合金已经成为先进金属材料研究的前沿领域。CoCrFeNi基高熵合金以独特的形变机制、优异的低温韧性和抗辐照性能引起了广泛关注并具备重要的应用前景。有限的强度成为制约CoCrFeNi基高熵合金应用发展的瓶颈，进一步提高其强度是亟待解决的重要问题。沉淀强化是显著提升综合力学性能的重要手段，然而，高熵合金中多主元效应及缓慢动力学效应对沉淀相特征及析出动力学行为的影响机制尚未揭示，高熵合金的沉淀强化调控需要建立在对沉淀相的深入理解之上。本项目以CoCrFeNi基高熵合金中γ′、γ″沉淀强化相为研究对象，通过高分辨透射电镜、三维原子探针、第一性原理计算等研究手段，研究沉淀析出强化相的特征、析出动力学，并在此基础上对析出相进行调控。主要取得了以下的成果：1）阐明了多主元合金化元素对沉淀相析出类别、结构特征及界面特性的作用机制；2）揭示沉淀相析出动力学规律，建立沉淀强化相析出动力学模型；3）实现对沉淀强化相界面结构、体积分数、尺寸及分布等特征的调控；4）获得了性能优异的CoCrFeNi基沉淀强化高熵合金。本项目理论研究方面工作为析出强化高熵合金的设计奠定了理论基础，促进高熵合金的发展。本项目设计的高性能高熵合金也为先进金属材料在工业领域的应用提供支撑。