導讀：工程應用中一直追求在室溫和低溫下都具有高強度延展性的金屬絲。然而，傳統金屬絲不可避免地受到強度-延展性權衡的困境。透過精心設計的多級重型拉伸和熱處理工藝，在AlCoCrFeNi2。1共晶高熵合金（EHEA）絲中引入了一種將梯度分佈的硬質B2片嵌入軟FCC片基體的梯度異構層狀結構，達到了優異的強度-延展性協同作用。該EHEA線不僅在室溫下表現出1。85 GPa的高抗拉強度和足夠的均勻伸長率（約12%），而且在低溫下也具有2。52 GPa的超高抗拉強度和略高的均勻伸長率（約14%）。深入的微觀結構表徵表明，梯度異構層狀結構促進了幾何必要位錯（GND）在拉伸過程中的徑向梯度分佈，即GND密度從表面區域向中心區域逐漸減小，從而誘匯出明顯的應變。有趣的是，在低溫下，EHEA絲的B2相中首次觀察到導致強烈的動態微觀結構細化的密集交叉滑移。交叉滑移的啟用提供了足夠的延展性，同時誘導了明顯的動態的霍爾-佩奇效應，成為最有效的變形機制，有助於得到前所未有的低溫抗拉效能。該工作對設計超高強度EHEA導線和其他先進金屬導線具有一定的指導意義。
大型斜拉橋、重型升降吊索、海上平臺索具等各種工程應用都要求金屬絲具有較高的強度和延展性，其中珠光體鋼絲是最成熟和應用最廣泛的材料。
然而，高強度通常伴隨著低延展性，這被稱為權衡困境。
此外，金屬絲的工作環境也變得更加複雜和極端（如低溫環境），這向傳統金屬絲提出了巨大的挑戰。
近十年來，高熵合金（HEAs）或複合濃縮合金（CCAs），即具有等摩爾比或近等摩爾比的多個主元素的材料體系，引起了一股持續的熱潮。獨特的設計理念賦予了這些合金意想不到的各種機械效能，例如低溫條件下優異的斷裂韌性和非凡的自銳能力。這使得它們成為工程應用的新穎和潛在的候選者。最近，Lu等人提出了一種共晶高熵合金（EHEAs）的設計策略，並製備了具有常規FCC/B2層狀結構的AlCoCrFeNi2。1 EHEA，該合金在室溫和低溫下都能實現更優異的強度和延展性組合，為最佳化AlCoCrFeNi2。1 EHEAs的力學效能做出了重大努力。例如，Shi等人在EHEA中發展了一種兩級異構結構，從而獲得了優越的強度-延展性組合；Reddy等人發展了一種獨特的雙結構-組成異質性EHEA，從而在EHEA中獲得了幾乎最好的強度；Ren等人最近使用鐳射粉末床融合技術列印了納米層EHEA，並獲得了顯著的強度-延展性組合。
因此，AlCoCrFeNi2.1 EHEA的出現為我們在極端情況下製造具有超高強度和足夠延展性的先進金屬絲提供了巨大的可能性。
值得注意的是，
異構材料，如具有梯度結構或非均勻層狀結構的材料通常具有優越的力學效能。
結果表明，拉伸工藝的條件（模角和每次透過的還原量）可以有效地影響鋼絲徑向應變分佈，拉伸鋼絲的力學效能與變形孿晶帶來的晶粒細化效應等異構的微觀結構有關。因此，
為了在極端工程應用中實現EHEA絲前所未有的力學效能，透過適當調整拉伸和後續熱處理過程，引入與EHEA內部層狀結構相結合的梯度結構成為一種有吸引力的策略。
在本工作中，中國科學院力學研究所陳豔研究員團隊精心設計了多階段重型拉伸和熱處理工藝來製備EHEA線材。採用該方法成功地製備了具有梯度異構層狀結構的AlCoCrFeNi2。1 EHEA線。該直徑為500 μm的EHEA線不僅在室溫（293 K）下具有優異的張力特性，而且在低溫（77 K）下具有更好的張力特性。然後透過一系列微觀結構表徵，如電子反散射衍射（EBSD）和透射電子顯微鏡（TEM），系統地研究了熱力學加工、結構特徵、變形機理與力學效能之間的內在關係。相關研究成果以題“Ultra-strong heavy-drawn eutectic high entropy alloy wire”發表在Acta Materialia上。
連結：
https：//doi。org/10。1016/j。actamat。2022。118515
圖1
（a）梯度異構層狀結構的設計思想示意圖，其中FCC相和B2相分別用青色和粉色表示。退火後EHEA絲從中心區域到表面區域的EBSD （b-d）相圖和（e-g） IPF相圖顯示梯度異構片層結構，其中FCC相和B2相分別以紅色和綠色表示。（h） EHEA線中B2相平均長徑比和平均寬度從中心區域到表面區域的分佈。（i） EHEA導線中相厚度的分佈，以面積分數繪製。（j） EHEA線中FCC和B2晶粒平均寬度和平均直徑的分佈，以面積分數表示。FCC相和B2相分別用紅色和綠色表示。
圖2
（a）EHEA線中FCC和B2相徑向（R）、環向（θ）和軸向（Z）方向的ipf。（b， c） EHEA導線中FCC和B2相的EBSD分析得到的相關ODF切片。這些符號表示了在基於fc和bcc的晶體中典型紋理元件的位置。
圖3
（a）拉伸時EHEA線的BF-TEM影象，分別沿［011］和［001］區域軸拍攝兩種相應的SAED圖。（b） B2相和（c） FCC相的放大的BF-TEM影象。位錯組織用青色箭頭標出，變形孿晶用藍色箭頭標出。
圖4
（a）退火EHEA線的BF-TEM影象，分別沿［011］和［001］區域軸拍攝兩種相應的SAED圖。（b） HRTEM影象顯示FCC和B2相之間的半相干相位邊界。
圖5
元素對映結果表明，EHEA絲的FCC相富含Co、Cr和Fe， B2相富含Al和Ni。
圖6
（a）拉伸EHEA絲、退火EHEA絲和鑄態EHEA絲的拉伸工程應力-應變曲線。（b）在293 K和77 K下真實應力-應變曲線和rate-true應變硬化曲線的EHEA電線 （c）在293K下電流型EHEA導線和塊狀EHEA導線的極限抗拉強度與均勻伸長率的關係圖（d）在77K下電流型EHEA導線和塊狀EHEA導線的極限抗拉強度與均勻伸長率的關係圖。
圖7
（a）在293 K下測試的斷裂EHEA線的BF-TEM影象。放大的（b） B2相和（c， d） FCC相的BF-TEM影象。堆垛層錯用粉色箭頭標出。
圖8
在77 k時，隨著拉伸應變的增加，EHEA絲的微觀結構演變
（a）在工程應變為5。0%時，BF-TEM影象顯示B2相的波浪滑移模式。（b）斷裂EHEA線（工程應變為14。3%時）的BF-TEM影象，（c）沿［011］帶軸拍攝的B2相交叉滑移的相應SAED圖。（d）雙光束BF-TEM影象顯示B2相中密集的交叉滑移，其中帶有g向量的白色箭頭表示所使用的雙光束衍射條件。（e）某工程FCC階段三維SF-DT結構網路的HRTEM影象和（f） 工程應變為14。3%時FCC相三維SF-DT結構網路的FFT。橙色箭頭表示波浪狀斷層，黃色箭頭表示交叉斷層，一系列粉色箭頭表示堆疊斷層。
圖9
（a， b）在293 K下測試的拉伸EHEA絲，（c， d）在293 K下測試的退火EHEA絲和（e， f）在77 K下測試的退火EHEA絲的斷口表面的SEM影象。
圖10
（a） EBSD分析樣品示意圖。EHEA導線（b）在293 K拉力前和（c）在293 K拉力後的KAM圖（d）在293 K拉力前後EHEA導線兩相的密度分佈。
總之，透過對多級重型拉伸和熱處理工藝進行了精心設計和利用，首次成功製造了超高強度的梯度異構層狀EHEA線，透過詳細調查並討論了結構特徵、張力特性和變形機制之間的關係，我們發現：
梯度異質層狀結構的特點是硬梯度分佈的B2層嵌入柔軟的FCC層狀基質中，離表面越近，B2層就越不連續。
FCC和B2層都由具有超細寬度的柱狀顆粒組成，這可能會導致密集的晶界硬化。此外，許多結構特徵，例如K-S型定向關係、半相干相邊界和紋理的特殊組合，可以提供很強的介面鍵合，從而有助於機械效能。在293 K處，EHEA線中的B2相表現出位錯誘導的可塑性，而FCC相則表現出位錯誘導的可塑性和SF誘導的可塑性。在77 K處，在EHEA的B2相中，沿著{112}滑移平面首次觀察到緻密的交叉滑移，而堆疊故障在FCC階段沿著多個{111}平面廣泛啟用，並形成不尋常的3D SF-DT結構網路。B2和FCC相中的多種機制是EHEA線前所未有的低溫特性的最重要因素。
