通过调控部分再结晶技术，在中等熵合金复合材料中实现低温摩擦学领域的重大突破

《Science China-Materials》：Cryogenic tribological breakthroughs in medium-entropy alloy composites via regulated partial recrystallization

　　

摘要

在低温应用中，对先进耐磨材料的追求常常受到提高强度与损伤容忍度之间根本性权衡的阻碍。基于CoCrNi的中等熵合金（MEAs）虽然在低温韧性方面表现出色，但恰恰存在这一局限性。尽管第二相强化可以提高强度，但不同相之间的应变不兼容性不可避免地会导致裂纹的产生，而在低温下这种裂纹问题会显著加剧。本研究提出了一种基于调控部分再结晶的新微观结构设计策略，以克服这一长期存在的挑战。通过对(CoCrNi)₉₀Mo₁₀ MEA进行热机械处理，我们设计出一种独特的微观结构：完全再结晶的FCC相均匀嵌入在坚硬的、未再结晶的σ相连续骨架中。这种具有优化微观结构的合金在113 K时的磨损率显著降低，不到其铸态和完全再结晶合金的一半。实验和建模结果揭示了其中的协同作用：σ相骨架提供了坚固的结构支撑并深度分布应力，而具有高密度晶界和退火孪晶的再结晶FCC相则作为一种柔性的应变适应介质，有效抑制了界面裂纹的产生。这种“骨架效应”与“再结晶效应”的结合不仅赋予了材料卓越的低温耐磨性，还为设计适用于极端环境的高性能、抗裂双相复合材料提供了实用策略。

此图片的替代文本可能是由AI生成的。

在低温应用中，对先进耐磨材料的追求常常受到提高强度与损伤容忍度之间根本性权衡的阻碍。基于CoCrNi的中等熵合金（MEAs）虽然在低温韧性方面表现出色，但恰恰存在这一局限性。尽管第二相强化可以提高强度，但不同相之间的应变不兼容性不可避免地会导致裂纹的产生，而在低温下这种裂纹问题会显著加剧。本研究提出了一种基于调控部分再结晶的新微观结构设计策略，以克服这一长期存在的挑战。通过对(CoCrNi)₉₀Mo₁₀ MEA进行热机械处理，我们设计出一种独特的微观结构：完全再结晶的FCC相均匀嵌入在坚硬的、未再结晶的σ相连续骨架中。这种具有优化微观结构的合金在113 K时的磨损率显著降低，不到其铸态和完全再结晶合金的一半。实验和建模结果揭示了其中的协同作用：σ相骨架提供了坚固的结构支撑并深度分布应力，而具有高密度晶界和退火孪晶的再结晶FCC相则作为一种柔性的应变适应介质，有效抑制了界面裂纹的产生。这种“骨架效应”与“再结晶效应”的结合不仅赋予了材料卓越的低温耐磨性，还为设计适用于极端环境的高性能、抗裂双相复合材料提供了实用策略。

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