摘要
多主元合金，也称为高熵/中熵合金，因更广泛的成分设计理念、更优异的综合力学性能吸引了大量研究者的目光。其中，单相面心立方（FCC）结构的CoCrNi多主元合金表现出超高的断裂韧性和延展性以及优异的耐腐蚀性能。然而，较低的屈服强度限制了CoCrNi合金在工程领域的应用和发展。通过成分设计和制备工艺可以实现合金的微观结构调控，提高合金的力学性能。在CoCrNi合金中细晶强化、固溶强化以及相变诱导塑性均被广泛研究和报道。但是，沉淀强化在多主元合金中的研究和应用还较少。析出相的晶体结构、尺寸、分布等特征决定了其与位错相互作用的机制，影响着合金的强塑性。脆性的析出相会诱发变形时的局部应力集中，从而导致材料的失稳。因此，为了探索多主元合金中析出相的强韧化效应，通过调控析出相克服强度-塑性矛盾关系，本文基于CoCrNi系多主元合金，选择Al、Ti、Mo元素作为调控析出相的合金化元素，设计了σ、B2和L12三种析出相。并通过室温拉伸性能、纳米压痕、维氏硬度评价析出强化合金的力学行为，并通过精细的微观结构表征研究了合金的强化机制和变形机制。 通过添加微量Al、Mo元素和冷轧+热处理设计了σ强化的CoCrNiAl0.1Mo0.1多主元合金。Al、Mo 元素添加以及σ相的析出提高了合金的再结晶温度，降低了晶粒的生长速率。σ相对位错移动的强烈阻碍作用以及位错之间相互反应形成的层错（SFs）和变形孪晶使合金表现出优异的加工硬化能力和均匀变形能力。其中，900℃ 热处理的合金表现出 650 MPa 的屈服强度，1057 MPa 的抗拉强度。通过高含量 Al 元素的添加和成分设计，制备了B2强化的Co36Cr15Ni18Fe18Al12Mo1多主元合金。B2相在合金内呈现两种形态：未再结晶内沿剪切带、滑移带等缺陷析出的棒状B2相，以及沿晶界析出的B2 颗粒。B2 相强烈阻碍晶粒的生长速率，1000℃热处理 1 h 后 FCC的平均晶粒仅为 3.7 μm。位错强化、细晶强化和沉淀强化的协同作用使合金表现出超高的屈服强度。其中，700℃热处理的合金表现出 1820 MPa 的屈服强度， 1884 MPa的抗拉强度，且可以保持 9.7%的延展性。 利用Al、Ti元素的添加，并通过单级热处理和再结晶+时效处理两种方法分别制备了纳米共格L12相强化的Ni1.3CoCrAl0.1Ti0.1多主元合金。合金在两种热处理工艺下均发生连续沉淀和不连续沉淀，形成了球形和棒状两种L12相。相比球形L12相，棒状L12相表现出更高的强化能力。高密度、可变形、可以被位错剪切的纳米共格L12相使700℃热处理的合金表现出 1720 MPa 的屈服强度、1850 MPa 的抗拉强度，并保持21%的延展性。与单相FCC完全再结晶的合金相比，合金经过时效处理后屈服强度和抗拉强度分别提高到 860 MPa和 1550 MPa，并保持36%的延展性。最后，通过快速凝固技术制备了FCC/L12之间晶格错配度更低的Ni40Co30Cr20Al5Ti5多主元合金。与相同成分的铸态合金相比，快速凝固合金内FCC与L12的晶格错配度从0.251%减小到0.107%，L12相平均尺寸也从 85 nm 减小到 28 nm。更小的晶格错配降低了析出相附近的应力集中，抑制了微裂纹的产生，最终使合金延展性从25%提高到42%，并保持810 MPa的屈服强度。
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