3D科学谷洞察
“ 具有扭折蠕虫状共晶微观结构的共晶多主元合金在多个领域具有潜力的应用前景，例如航空航天领域对材料的轻量化和高强度有极高的要求。扭折蠕虫状共晶微观结构的共晶多主元合金具有卓越的强度和延展性协同性能，能够显著提升材料的力学性能。这种合金可以用于制造轻量化且高强度的航空结构件，有助于提高燃油效率和降低运营成本。”
共晶多主元合金的特点在于其成分包含多种主要元素，这为探索具有更优力学性能的合金提供了广阔的成分空间，就如同其他中熵合金或高熵合金一样；其共晶微观结构通常是由软的面心立方（FCC）相和硬的体心立方（BCC）相组成的混合物，呈笔直棒状或层片状形态，有助于实现高强度与高延展性之间的协同效应。然而，这种传统的形态限制了其力学性能的进一步提升，由此产生的问题是，笔直的形态能否发生扭折，从而开辟一个实现更好力学性能的新结构。
目前，性能优异且研究广泛的共晶多主元合金以AlCoCrFeNi₂.₁、Al₁₉Co₂₀Fe₂₀Ni₄₁、Ni₄₀Co₂₀Fe₁₀Cr₁₀Al₁₈W₂以及Al₁₈Co₃₀Cr₁₁Fe₁₁Ni₃₀合金体系为代表。共晶多主元合金不仅具有颇具竞争力的室温/高温力学性能，还具备与共晶合金类似的高熔体流动性和可铸造性以及增材制造适用性。这些性能与成型性的结合，使得共晶多主元合金成为很有前景的用于结构应用的高性能材料。
【成果速览】
在此，中物院材料所（第一通讯单位）李晋锋团队与香港城市大学吕坚院士课题组成功制备出(AlCrFe₂)₆₅Ni₃₅共晶多主元合金，其具有一种前所未见的扭折蠕虫状共晶微观结构，此结构使其强度与延展性协同性能显著提升，其性能超过了粗晶态的同类合金以及具有笔直形态的典型共晶多主元合金，这表明蠕虫状共晶微观结构具有明显的强化作用。
相场模拟揭示了这种微观结构的形成原因，由于两个共晶相的弹性模量相似，导致缺乏晶体学锁定作用。这些发现不仅扩充了可能存在的共晶微观结构家族，还为增强共晶多主元合金性能提供了一个开创性的范例，为其在高性能结构材料领域的应用铺平了道路。
相关成果以「Vermicular Eutectic Multi-Principal Element Alloy with Exceptional Strength and Ductility」为题刊登在Advanced Science上。
【数据概况】
图1. 新型EMPEA的相图计算、相分析和微观结构表征。
图2. 蠕虫状EMPEA微结构和元素分布的多尺度分析。
图3. 蠕虫状和层状EMPEA的室温拉伸力学性能分析。
图4. 中、微尺度变形结构。
图5. 蠕虫状和层状EMPEA的模拟结果。
【结论展望】
综上所述，研究人员成功开发出了(AlCrFe₂)₆₅Ni₃₅共晶多主元合金，其具有独特的蠕虫状FCC相，嵌入在BCC+B2基体中。这种创新且独特的微观结构赋予了(AlCrFe₂)₆₅Ni₃₅共晶多主元合金优于大多数其他具有典型笔直棒状或层片状微观结构的共晶多主元合金的力学性能。
相场模拟解释了蠕虫状微观结构的形成原因，结果表明，关键原因在于由于FCC相和B2相的弹性模量相似，导致相界各向异性较弱，从而缺乏晶体学锁定作用。
作者认为本项工作不仅拓展了共晶微观结构的可能性边界，还建立了一种全新范例，可用于增强共晶多主元合金性能，使其在未来作为高性能材料的应用中具有强大的潜力。对于未来的研究工作，将在其他共晶合金中实现这种蠕虫状微观结构，以提升力学性能，满足实际应用需求。研究人员还将加深对元素（例如，添加其他合金元素）和制备方法（例如，增材制造）在微观结构和力学性能方面所起作用的理解，从而推动这一合金体系的蓬勃发展。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.202501150
来源
材料设计 l
Adv. Sci.丨港城大吕坚院士：蠕虫状共晶微观结构，强度-延展性协同效应显著提升！
l 谷专栏 l
欢迎高校及科研机构、企业科学家加入谷专栏，与业界分享对推动增材制造发展起关键作用的共性基础科研与应用成果，欢迎扫描下方图片二维码提交您的信息。
白皮书下载 l 加入3D科学谷QQ群：106477771
网站投稿 l 发送至2509957133@qq.com
欢迎转载 l 转载请注明来源3D科学谷
