纳米孪晶辅助动态再结晶实现纳米晶CrMnFeCoNi高熵合金高强度与高塑性的协同提升

本文通过磁控溅射法制备了具有高密度纳米孪晶的纳米晶CrMnFeCoNi高熵合金（NTNC HEA），揭示了纳米孪晶辅助动态再结晶（ntDRX）在室温变形中的关键作用。该合金展现出2.3 GPa的高屈服强度和超过40%的压缩应变，突破了纳米晶材料强度-塑性倒置的瓶颈。研究首次提出两种ntDRX机制：位错在孪晶界（TBs）累积形成亚晶并演化为大角度晶界（HAGBs），以及相干孪晶界直接转变为HAGBs，为高熵合金（HEAs）的力学性能优化提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过磁控溅射技术成功制备了具有高密度预制纳米孪晶的纳米晶CrMnFeCoNi高熵合金（NTNC HEA）。该合金呈现单一的面心立方（FCC）结构，平均柱状晶粒尺寸约60纳米。微柱压缩测试表明，其屈服强度高达2.3 GPa，压缩应变超过40%。变形过程中，纳米孪晶辅助动态再结晶（ntDRX）机制被激活，在剪切带内形成等轴纳米晶。这些新生晶粒通过增加界面密度阻碍位错运动，使流变应力提升至2.75 GPa，同时新生晶界（GBs）促进大应变下的晶界介导变形，显著改善塑性。

Discussion

研究揭示了ntDRX的双重作用机制：一方面，位错在孪晶界（TBs）处累积并通过重排形成亚晶，最终演化为大角度晶界（HAGBs）；另一方面，相干孪晶界直接通过位错相互作用转变为HAGBs。这种独特的变形路径不仅解释了材料的高应变硬化能力，还阐明了纳米孪晶在协调位错存储与晶界迁移中的关键角色。

Conclusion

该工作为室温下纳米晶高熵合金的动态再结晶行为提供了新见解，证明纳米孪晶工程是突破材料强度-塑性平衡的有效策略。通过调控ntDRX机制，可实现FCC结构HEAs在极端环境应用中的性能优化。