L1₂結構的γ'析出相一直在Ni基中熵合金和高熵合金設計中作為強化相存在，但這一優化策略在工程上距離實際應用還存在一些問題，其中較為關鍵的一個問題是，這些納米析出物雖然能顯著提升強度，但卻因位錯集中在局部滑移帶而導致應變集中，不利于材料的塑性，因此如何在高強度的同時保持足夠塑性，是利用γ'析出相優化Ni基中/高熵合金的一個關鍵挑戰。

近日國際期刊《Scripta Materialia》在線發表了題為“Heterostructured γ' precipitates enable simultaneously high strength and ductility in a NiCoCr-based medium entropy alloy”的研究論文，在這項研究中，研究團隊以在不犧牲塑性的前提下提升NiCoCr基中熵合金的力學性能，創新性地構建了大/小γ'析出物協同存在的異質結構，該策略突破了傳統析出強化依賴單一粒度和體積分數的限制，為開發高強高延性合金提供了新思路。論文的通訊作者為南京理工大學張勇教授和香港城市大學朱運田院士。

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https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.116909

團隊設計了一種以NiCoCr為基體的MEA，成功在合金內構建了在尺寸層面異質化的γ′析出相，通過這一創新性策略克服了γ′析出相在提高Ni基中熵合金（MEA）強度的同時大幅降低合金塑性的局限性，團隊研究發現較高比例的小尺寸γ′相與中等比例的大尺寸γ′相結合可以同時提高合金的強度和塑性，優化后的異質化γ′相組織能有效緩解均勻γ′強化合金中普遍存在的應變集中問題，并增強應變硬化的效果。

圖形摘要

該論文中的研究對象為Ni-24Co-17Cr-4Al-5Ti-1.7Mo-0.3W（at.%）合金，將NiCoCr樣品分別在1030、1050、1070、1090 ℃下固溶處理4 h后風冷（分別命名為ST1030、ST1050、ST1070、ST1090），得到具有不同異質相的微觀組織。隨后，結合透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）以及單軸拉伸與循環加載實驗，系統揭示了異質γ'析出組織對合金力學性能及變形機制的影響。

① 顯微組織的異質化調控

通過調節熱處理溫度，可以獲得大/小兩種尺寸的γ'析出相，在1030℃固溶處理時，大尺寸的γ'相約占19.7 vol.%，小尺寸γ'相約占17.1 vol.%，二者比例接近均衡，1050℃固溶處理時，大γ'相減少至14.4 vol.%，小γ'相則增加至23.6 vol.%，形成了雙尺度組織，而在1090℃時，大γ'相幾乎消失，由小γ'相占比34.7 vol.%為主導相，組織趨于單一化。

不同樣品的暗場TEM圖像和γ′尺寸分布

② 強塑性的協同優化

隨著大γ'相比例的降低，合金的屈服強度和抗拉強度逐漸下降，塑性則呈現出先升高后降低的趨勢，因此需要在這這個過程中做一個均衡選擇，團隊發現，1050℃熱處理樣品展現出最佳的強塑性匹配，塑性大幅度提升的同時，強度仍能夠保持較高的水平，其強塑性的性能組合優于大多數已報道的高/中熵合金，此時合金內大小尺寸的γ'體積比約為0.61。

NiCoCr合金力學性能的綜合研究

NiCoCr合金力學性能的參數依賴關系

③ 變形機制的本質解析

單一小γ'相主導的組織中，位錯在局部高度集中，形成高密度位錯趨于，誘發應變集中并導致塑性劣化。而在異質γ'組織中，位錯在小γ'區域內均勻分布，并受到大γ'相的有效阻擋，從而引發位錯堆積與多滑移系的激活，這種協同機制不僅抑制了應變集中，還促進了多方向滑移的發生，顯著提升了應變硬化和整體塑性。

異質結構γ′析出相調控的位錯滑移行為

在NiCoCr基中熵合金中通過合理調控不同尺寸的γ'析出相比例，可顯著優化合金的強塑性，這一發現為γ'強化型Ni基中/高熵合金的設計提供了全新思路，也為航空航天、能源動力等領域對高性能結構材料的應用需求提供了堅實支撐。