1. 简介

超塑性是指晶体材料在同源温度下表现出的极高塑性变形能力。其中，应变速率达到或超过10⁻² s⁻¹的高应变速率超塑性（HSRS）在工程材料的成形加工中具有重要技术价值。除晶界滑移（GBS）这一主要机制外，晶界/界面处液相的形成也能促进HSRS。随着多主元合金（MPEAs）的发展，通过成分设计实现低熔点元素的晶界偏析，为MPEAs中通过部分熔化实现HSRS提供了新途径。

本文在Al₀.₃CoCrNi中熵合金中，首次观察到同源温度0.65时晶界/界面处由变形诱导的Al偏析导致的液相痕迹。微观结构分析表明，这种Al偏析显著促进了材料的HSRS行为。本研究为通过晶界偏析工程调控微观结构，从而在高强度材料中实现HSRS开辟了新路径。

2. 文章亮点

1. 变形诱导晶界偏析的发现
首次在Al₀.₃CoCrNi中熵合金中观察到高应变速率（5×10⁻² s⁻¹）下由变形诱导的Al晶界偏析现象，并通过微观分析证实其形成厚度约5 nm的富Al薄层，为HSRS提供了液相辅助机制。

2. 多相结构协同调控HSRS
通过B2（Ni-Al）和σ（Cr-rich）相抑制FCC基体动态晶粒生长，同时结合晶界滑移（GBS）与位错/扩散协调机制，实现1175%的超高延伸率，且应变速率敏感性（m=0.42）接近理论极限。

3. 非平衡偏析工程新路径
提出通过变形诱导非平衡偏析（如Al-空位复合体迁移）主动调控晶界成分，为高强度多主元合金的HSRS设计提供新思路，突破传统合金的应变速率限制（如Al-Mg合金）。

3. 研究背景

多主元合金（MPEAs），包括高熵合金（HEAs）和中熵合金（MEAs），因其基于多主元元素的独特合金设计理念而展现出多种卓越性能。然而，尽管具有这些引人注目的特性，MPEAs在可变形性方面的研究不足仍是制约其发展的主要障碍之一。超塑性成形是一种先进的形状加工工艺，与传统成形工艺相比，它能以高精度和低成本一步成型几何复杂的部件。超塑性行为通常在细晶材料（晶粒尺寸

晶界滑移（GBS）是超塑性的主要变形机制。在GBS过程中，晶粒通过外禀位错沿晶界运动发生滑动，导致三叉晶界和台阶处应力集中。因此，GBS需通过位错、扩散或部分熔化等协调机制来缓解应力积累。传统合金中，溶质原子在晶界偏析导致的液相形成被认为是HSRS的关键因素。MPEA的优势在于其巨大的成分灵活性，可通过设计实现目标性能。例如，适当成分的MPEA能促进原子簇或偏析，通过部分熔化辅助超塑性变形。近期，晶界偏析工程策略已在Co-Cr-Mn-Fe-Ni体系中用于解决中温脆性问题，尤其在易形成高温第二相的合金中，溶质晶界偏析现象已被广泛报道。

基于上述背景，我们提出假设：若低熔点溶质原子与其他元素反应形成第二相，则可能在晶界偏析并通过液相形成促进HSRS。本研究以Al₀.₃(CoCrNi)₉₁（at%）中熵合金（标记为Al₀.₃CoCrNi MEA）为对象，首次在HSRS过程中观察到晶界/界面处Al偏析引发的部分熔化现象。选择Al的原因有二：其一，Al添加已在多种MPEA中被证实促进B2相形成；其二，Al的熔点（660℃）显著低于MPEA的固相线温度（通常>1300℃），使其易于在MPEA固态温度以下发生偏析并部分熔化。

4. 图文解析

5. 文章结论

本研究通过在高应变速率（5×10⁻² s⁻¹）下于Al₀.₃CoCrNi中熵合金中观察到晶界/界面处Al偏析形成的薄层液相（厚度约5 nm），实现了1175%的超高延伸率。该液相的形成源于变形诱导的非平衡偏析，其机制与过饱和空位-溶质复合体及Al原子向晶界的迁移密切相关。通过多相结构（FCC基体、B2相和σ相）协同抑制动态晶粒生长，并结合晶界滑移（GBS）与位错/扩散协调机制，证明了部分熔化对高应变速率超塑性（HSRS）的关键促进作用。

与传统合金相比，本研究首次在MPEAs中揭示了变形诱导晶界偏析介导的HSRS现象，其偏析速率显著高于传统Mg-Zn-Y或P-Cr-Mo合金体系。这一发现为通过主动调控晶界成分（如空位辅助溶质偏析）设计高性能超塑性材料提供了新思路，同时结合多主元合金的独特性能，推动了复杂工程结构件的快速成形应用。

全文链接

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114239