TEM文献案例分享：通过调控非等原子CoVFe中熵合金中L12纳米析出相实现高应变硬化能力！

DOI: 10.1016/j.jallcom.2025.182855

图1a所示的XRD图谱中，仅观察到与面心立方（FCC）相相关的衍射峰，这表明所有固溶处理的CoVFe中熵合金均为单相FCC结构。图1b的BSE图像显示，合金呈现完全再结晶的显微组织，特征为均匀的等轴晶粒。EBSD的晶粒尺寸定量分析表明，10V、15V、20V和25V合金的平均晶粒尺寸分别为 21.5 μm、23.6 μm、26.5 μm 和 22.8 μm，说明钒（V）含量与晶粒尺寸之间的关联性极小。EDS（图1d）结果表明，三种元素在合金基体中呈均匀的空间分布。

图1 不同钒（V）含量的固溶处理后 CoVFe 中熵合金（MEAs）的显微组织。 a XRD图谱；b BSE显微图像；c EBSD结果（IPF图与晶界分布图）；d EDS图像

如图2所示，采用透射电子显微镜（TEM）对固溶处理后CoVFe中熵合金的显微组织进行了详细表征。低倍TEM明场（BF）图像显示，固溶处理后的合金位错密度较低。沿[011] FCC晶带轴的选区电子衍射（SAED）图谱证实，10V和15V合金为单相面心立方（FCC）结构，这与图1a的XRD结果一致。相反，20V和25V合金在[011] FCC晶带轴主FCC衍射斑点的1/2位置处出现了额外的衍射斑点，这表明存在与 L1₂结构相关的超晶格衍射斑点。通过选取标注的(100)衍射斑点所拍摄的暗场（DF）图像显示，20V和25V合金的FCC基体中分布着高密度的L1₂纳米析出相。根据 TEM 暗场图像分析可知，20V合金中L1₂纳米析出相的平均尺寸为5.2±2.6 nm，而在25V合金中，该析出相显著粗化，平均尺寸增至28.8±14.9 nm。

图2 TEM-BF图像及相应的SAED图谱与DF图像。DF通过选取（100）衍射斑获得，显示L1₂纳米析出相。

为评估固溶处理后CoVFe合金的力学性能，研究开展了室温单轴拉伸测试，相关结果如图3所示。结果显示，与 10V 合金相比，15V合金的屈服强度、抗拉强度与延展性实现同步提升，展现出53.9%的优异延展性，但其屈服强度（358 MPa）和抗拉强度（838 MPa）仍处于相对较低水平。随着钒（V）含量的增加，合金的屈服强度呈逐渐提升趋势，其中25V合金的屈服强度达到 411 MPa，但这是以牺牲延展性为代价的。20V合金展现出最均衡的力学性能，既具备1245 MPa的优异抗拉强度，同时拥有405 MPa的屈服强度和36.8%的延展性。图3c展示了合金的断口形貌，10V、15V和20V合金均表现为韧性断裂，其断口表面特征是存在细小韧窝。与它们不同，25V合金呈现出脆-韧性混合断裂模式，断裂前存在明显的解理面，且颈缩现象不明显，这与其最低的断裂伸长率相符。

图3 固溶处理后 CoVFe 中熵合金（MEAs）的拉伸力学性能。a 工程应力-应变曲线；b 与a中对应的真实应力-应变曲线及硬化率曲线；c SEM下的断口形貌。

变形后10V合金与20V合金的电子背散射衍射（EBSD）结果如图4所示。EBSD结果未发现相变，这表明该合金的变形机制与变形诱导相变无关。晶粒平均取向差（KAM）图显示，随着应变增加，10V 合金与 20V 合金的 KAM 值均逐步升高。如图 6（c）所示，几何必需位错（GND）密度也随应变呈现近乎线性的增长趋势。在相同应变水平下，10V合金的GND密度始终高于20V合金。

图4 经 5%、15%和 25%拉伸应变后的 CoVFe 合金的EBSD结果。a 10V合金和b 20V合金的IPF与KAM图；c 基于EBSD结果获得的GND密度演变规律。

用TEM进一步研究了20V合金经5%拉伸变形后的微观结构演变。如图5a所示，TEM 明场图像及对应的TEM 暗场图像显示，合金中形成了大量堆垛层错（SFs），具体位置如黄色箭头所示。此外，在堆垛层错处观察到显著的位错聚集现象，这表明堆垛层错可作为位错滑移的阻碍体。图5b中的高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）观察结果进一步证实了L-C锁的存在。IFFT分析表明，堆垛层错（SFs）通过位错介导的剪切机制穿过了L1₂纳米析出相。

在塑性变形过程中，堆垛层错网络通过多滑移系交互作用形成（图 5b）。这些纳米尺度的堆垛层错会借助动态Hall-Petch机制限制位错滑移，进而提升合金的应变硬化能力，增强应变硬化效果。此类位错为不可动分位错，因为它们的运动受到两个相交滑移面上堆垛层错带形成的约束。L-C锁的出现会产生额外的钉扎位点，促进位错聚集并显著阻碍位错迁移。因此，L-C锁与L1₂纳米析出相-位错之间的协同作用，对提升20V合金的应变硬化效率起着关键作用。

图5 经5%应变变形后的20V合金的TEM图像。a 低倍与高倍放大的BF图像及对应的DF图像；b HRTEM图像，以及对应的快速傅里叶变换（FFT）图谱与反快速傅里叶变换（IFFT）图像。