来源： 材料科学与工程
近几十年来，难熔高熵合金(RHEAs)因其在高温下具有前所未有的强度而受到越来越多的关注，这对于喷气发动机和发电领域非常有吸引力，可以提高效率。然而，大多数RHEAs的延性较差，在室温下的压缩断裂应变为10%，这严重阻碍了其应用。现阶段在改善延性方面已经付出了很多努力。HfNbTaTiZr系列(以Ti、Zr和/或Hf为主要元素)是目前研究最广泛的具有优异拉伸韧性的RHEAs，其断裂应变为15%。然而，这些合金表现出有限的强度(950MPa)，在高/中温下的相稳定性差，甚至在600-1000℃范围内存在氧化现象，这不利于高温应用。TiVNbTa RHEAs是另一种高压缩应变极限的合金系列，其抗氧化性和高温相稳定性有待进一步研究。
北京理工大学等单位的研究人员研究了等摩尔的TiVNbTa和TiVNbTaSi难熔高熵合金(RHEAs)，通过热加工有效控制了TiVNbTaSi中纳米级硅化物的形成和分布，可显著增加强度和塑性协同效应，还探讨了TiVNbTa和TiVNbTaSi的相稳定性和抗氧化性。相关论文以题为“Designing TiVNbTaSi refractory high-entropy alloys with ambient tensile ductility”发表在Scripta Materialia。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114230
采用氩气氛围下悬浮熔炼制备TiVNbTaSi0.1(简称Si01)，然后在1200℃热轧，厚度减少60%、80%和85%(简称HR60、HR80、HR85)，采用真空电弧熔炼制备TiVNbTa(简称EM)，对TiVNbTa和TiVNbTaSi在氩气氛围下进行50h不同温度退火(600℃、800℃、1000℃)。
研究发现铸态EM和Si01具有相似的枝晶组织。在EM中，Ta富集在枝晶中，低熔点的Ti和V富集在枝晶间，Nb几乎均匀分布，在枝晶中略有富集；在Si01中，枝晶中元素分布与EM基本相同，分布有BCC/M5Si3共晶相，M5Si3相平均组成为Ti33.56V9.29Nb18.51Ta4.16Si34.49(原子百分比)。在1000℃以下，EM和HR85中没有出现突变氧化和相变。等摩尔TiVNbTa (EM)的屈服强度为720MPa，拉伸伸长率为14%，随着Si的加入，铸态Si01的屈服强度提高到1120MPa，而塑性下降至1.4%，HR60和HR80的屈服强度分别为1350MPa和1400MPa，拉伸伸长率分别为2.1%和4.2%。变形至85%进一步提高了HR85的延性至8%，并保持了1250MPa的屈服强度。
图1 EM和Si01的显微组织图
图2 不同程度热轧后的显微组织图
图3 合金的拉伸性能图和断口形貌
图4TiVNbTa(EM)和HR85的抗氧化性和相稳定性结果
综上所述，本文对等摩尔的TiVNbTa和TiVNbTaSi RHEAs进行了研究。首次证实了TiVNbTa的拉伸伸长率为14%，硅的加入可以有效地提高合金的抗氧化性和强度，但在铸态时由于共晶含硅相的形成而导致脆性增加。通过简单的热轧工艺，诱导纳米硅化物析出，显著细化组织，解决了TiVNbTaSi0.1合金的抗氧化性能/强度-塑性之间的权衡问题，得到了拉伸屈服强度为1250MPa，塑性为8%的合金。在500℃以上的温度下，TiVNbTa和TiVNbTaSiRHEAs均表现出良好的相稳定性，本研究突出证明了具有优异性能的TiVNbTaSi0.1在高温应用方面的巨大潜力。