FeCoNiGe多主元金属间化合物D03相过冷凝固行为与自发晶粒细化机制研究

本研究针对多主元金属间化合物(MPEI)凝固机制认知不足的问题，通过过冷快速凝固技术制备了以D03相为主的FeCoNiGe合金，结合第一性原理计算和EBSD分析，揭示了扩散迟滞导致的D03相高温稳定性机制，首次原位观测到123K中等过冷度下的无序捕获现象，并阐明了亚晶演化在自发晶粒细化中的独特作用，为MPEI相多样性拓展和凝固控制提供了新见解。

　　

在材料科学领域，多主元金属间化合物(MPEI)因其独特的性能成为研究热点，但对其凝固行为的理解仍存在显著空白。传统合金设计往往聚焦于简单相变过程，而MPEI体系中多元组分的复杂相互作用导致其相选择机制和凝固动力学充满未知。特别是具有D0₃超结构的合金，其高温相稳定性和凝固过程中的组织演化规律亟待揭示。

西北工业大学的研究团队在《Scripta Materialia》发表的研究中，选择FeCoNiGe体系作为突破口。通过创新性地采用过冷快速凝固技术，成功制备出D0₃相含量高达99.4 vol.%的MPEI，仅含微量L1₂相。这项工作不仅拓展了MPEI的相多样性，更重要的是揭示了控制D0₃相合金凝固过程的关键机制。

研究主要运用了三种关键技术：1) 熔融玻璃净化结合循环过热法的过冷快速凝固技术；2) 基于密度泛函理论的第一性原理计算分析相稳定性；3) 电子背散射衍射(EBSD)原位表征亚晶演化过程。这些方法的组合实现了从原子尺度到微观组织的多尺度解析。

相形成与稳定性机制
通过第一性原理计算发现，D0₃相的高温稳定性源于组元间显著的扩散迟滞效应，这种动力学障碍强烈抑制了D0₃→L1₂相变。能垒计算显示，Ge元素的偏聚倾向是维持D0₃超结构的关键因素。

枝晶生长动力学
在123K中等过冷度下，首次通过高速摄影捕捉到D0₃相生长前沿的无序捕获现象。定量分析表明，界面迁移速度达到5.2 mm/s时，溶质再分配被完全抑制，导致成分过冷区形成独特的带状结构。

自发晶粒细化
EBSD分析揭示了亚晶界的动态演化过程：初始枝晶臂通过位错重组形成小角度晶界(2°-5°)，随后在热应力作用下转变为大角度晶界(>15°)。这种自发的连续再结晶过程最终实现晶粒尺寸从200μm到35μm的细化。

该研究的理论价值在于建立了MPEI中扩散控制相选择的新模型，修正了传统合金的相变预测框架。实践意义则体现在为精密控制D0₃相合金的凝固组织提供了三大调控维度：1) 通过Ge含量调控扩散势垒；2) 利用过冷度控制无序捕获程度；3) 借助冷却速率引导亚晶演化路径。这些发现对开发新型高温结构材料具有重要指导意义，特别适用于航空发动机叶片等需要同时满足高温强度和韧性的关键部件。