黄浩等：高嫡合金与非晶合金柔性材料 121 位错、晶界等晶体缺陷，非晶合金不仅具有极高的 高嫡合金纤维基体仍主要为FCC结构，但由于在 比强度、优异的耐磨、耐蚀性以及抗疲劳性能，还 加工过程中经历了反复退火处理，晶界处析出了 表现出良好的电学与磁学性能).并且由于保留 大量富AI-Ni的纳米级B2相，因此在室温下 了液态时的无序原子结构，非晶合金的弹性极限 Alo.3 CoCrFeNi高嫡合金纤维的屈服强度(as)可达 可达2%以上6，远高于绝大多数的晶态合金，使 1136MPa,抗拉强度(o)可达1207MPa,断裂延伸 得非晶合金在一定变形范围内具有良好的弹性回 率为7.8%.当服役环境温度降低时，高嫡合金纤维 复能力，大幅降低了非晶合金在应变状态下产生 变形机制由室温下的位错滑移转变为形变诱导纳 破坏的可能，在电子皮肤、可拉伸电极等柔性电子 米孪晶，导致纤维强度和塑性进一步提高，在液氮 器件应用中具有独特的优势 温度(77K)时其抗拉强度和断裂延伸率分别提高 2高熵合金纤维 至1600MPa和17.5%.从图2(a)中可发现，相较于 铸态以及单品态的Alo.3 CoCrFeNi高熵合金，纤维 高嫡合金纤维的常用制备方法是拉拔法，即 态Alo.CoCrFeNi高嫡合金具有更高的抗拉强度， 将铸态高嫡合金经热锻、热旋锻等工艺制成棒状 超过了大多数的块体FCC与HCP结构高嫡合金， 材料，随后再借助拉拔机将棒材通过不同孔径的 甚至优于部分BCC结构高嫡合金.此外，横向尺 硬质模具，经多道次的拉拔后直至获得所需尺寸 寸的骤减还使高嫡合金纤维具有很好的柔韧性， 的纤维材料，图1给出了拉拔法工艺的示意图，其 如图2(b)所示，经多次拉拔后制得的毫米级 中。为棒材拉拔前的初始直径，拉拔法制备的高 Alo.3 CoCrFeNi高嫡合金纤维可以轻易地弯折成卷 嫡合金纤维通常有着较好的表面质量及尺寸精度， 而不发生任何的机械破坏.Liu等，同样采用热 并且由于在拔丝过程中经历了多次变形及退火处 拉拔工艺制备了一种直径为2mm的CoCrNi中嫡 理，高嫡合金纤维品粒细化程度较高、位错密度大 合金丝，在液氨温度下丝材的屈服强度、抗拉强度 并且还有纳米级析出相产生，因此高嫡合金纤维 以及断裂伸长率分别可达到1.5GPa、1.8GPa和 通常具有较高的机械强度，表1列出了近年来文 37.4%,具备优异的加工硬化能力，与传统的珠光 献中报道的高嫡合金纤维力学性能研究成果. 体钢丝相比，CoCrNi中嫡合金丝具有更强的工程 Mold 应用潜力.Cho等四采用冷拉拔加工工艺制备了 具有不同压下比的毫米级Co1oCr1sFe2sMn1oNi0V1o 高嫡合金纤维，当压下比为96%时，制得的高熵合 Pressure 金纤维直径减小至1mm,相较于直径为4.75mm 的合金纤维，通过多次拉拔获得的1mm纤维的强 度提高至1.6GPa,背散射电子衍射(EBSD)和透射 Fiber 电镜(TEM)分析测试结果表明纤维力学性能的改 图1拉拔法制备纤维示意图 善主要源于大量纳米孪晶的产生.Kwon等2o采 Fig.I Schematic of fiber preparation by drawing methods 用低温管径轧制法(CTC℉)研制了一种高强度 北京科技大学的张勇课题组7采用热旋锻与 CoCrFeMnNi高嫡合金线材，平均抗拉强度可达 热拉拔的方法制备了直径从1mm至3.l5mm的 1.7GPa,由于晶格严重畸变导致氢原子扩散缓慢 Al.3 CoCrFeNi高熵合金纤维，相结构分析发现该 以及缺乏马氏体转变等因素，CoCrFeMnNi高嫡合 表1高熵合金纤维力学性能 Table 1 Mechanical properties of high-entropy alloy fiber Composition Diameter/mm o/MPa o/MPa Fracture elongation/% Preparation method Reference AloCoCrFeNi 1136 1207 7.9 Hot rotary forging Hot drawing [17 CoCrFeNi 1100 1100 12.6 Hot forging Cold drawing [18] CoCrNi 2 1100 1220 24.5 Hot rotary forging Hot drawing [19 CoCrFeMnNi 2.5 1540 1710 10 Hot forging +CTCR [20] CoCrFeMnNi 8 1300 1300 6 Cold drawing [21] CojoCrisFe2sMnioNisoV1o 1600 1600 2.4 Cold drawing [22]位错、晶界等晶体缺陷，非晶合金不仅具有极高的 比强度、优异的耐磨、耐蚀性以及抗疲劳性能，还 表现出良好的电学与磁学性能[15] . 并且由于保留 了液态时的无序原子结构，非晶合金的弹性极限 可达 2% 以上[16] ，远高于绝大多数的晶态合金，使 得非晶合金在一定变形范围内具有良好的弹性回 复能力，大幅降低了非晶合金在应变状态下产生 破坏的可能，在电子皮肤、可拉伸电极等柔性电子 器件应用中具有独特的优势. 2    高熵合金纤维 高熵合金纤维的常用制备方法是拉拔法，即 将铸态高熵合金经热锻、热旋锻等工艺制成棒状 材料，随后再借助拉拔机将棒材通过不同孔径的 硬质模具，经多道次的拉拔后直至获得所需尺寸 的纤维材料，图 1 给出了拉拔法工艺的示意图，其 中 d0 为棒材拉拔前的初始直径. 拉拔法制备的高 熵合金纤维通常有着较好的表面质量及尺寸精度， 并且由于在拔丝过程中经历了多次变形及退火处 理，高熵合金纤维晶粒细化程度较高、位错密度大 并且还有纳米级析出相产生，因此高熵合金纤维 通常具有较高的机械强度，表 1 列出了近年来文 献中报道的高熵合金纤维力学性能研究成果. Mold Pressure Fiber d0 图 1    拉拔法制备纤维示意图 Fig.1    Schematic of fiber preparation by drawing methods 北京科技大学的张勇课题组[17] 采用热旋锻与 热拉拔的方法制备了直径从 1 mm 至 3.15 mm 的 Al0.3CoCrFeNi 高熵合金纤维，相结构分析发现该 高熵合金纤维基体仍主要为 FCC 结构，但由于在 加工过程中经历了反复退火处理，晶界处析出了 大 量 富 Al –Ni 的纳米 级 B2 相 ，因此在室温 下 Al0.3CoCrFeNi 高熵合金纤维的屈服强度（σs）可达 1136 MPa，抗拉强度（σb）可达 1207 MPa，断裂延伸 率为 7.8%. 当服役环境温度降低时，高熵合金纤维 变形机制由室温下的位错滑移转变为形变诱导纳 米孪晶，导致纤维强度和塑性进一步提高，在液氮 温度（77 K）时其抗拉强度和断裂延伸率分别提高 至 1600 MPa 和 17.5%. 从图 2（a）中可发现，相较于 铸态以及单晶态的 Al0.3CoCrFeNi 高熵合金，纤维 态 Al0.3CoCrFeNi 高熵合金具有更高的抗拉强度， 超过了大多数的块体 FCC 与 HCP 结构高熵合金， 甚至优于部分 BCC 结构高熵合金. 此外，横向尺 寸的骤减还使高熵合金纤维具有很好的柔韧性， 如 图 2（ b） 所示 ，经多次拉拔后制得的毫米 级 Al0.3CoCrFeNi 高熵合金纤维可以轻易地弯折成卷 而不发生任何的机械破坏. Liu 等[19] 同样采用热 拉拔工艺制备了一种直径为 2 mm 的 CoCrNi 中熵 合金丝，在液氮温度下丝材的屈服强度、抗拉强度 以及断裂伸长率分别可达到 1.5 GPa、1.8 GPa 和 37.4%，具备优异的加工硬化能力，与传统的珠光 体钢丝相比，CoCrNi 中熵合金丝具有更强的工程 应用潜力. Cho 等[22] 采用冷拉拔加工工艺制备了 具有不同压下比的毫米级 Co10Cr15Fe25Mn10Ni30V10 高熵合金纤维，当压下比为 96% 时，制得的高熵合 金纤维直径减小至 1 mm，相较于直径为 4.75 mm 的合金纤维，通过多次拉拔获得的 1 mm 纤维的强 度提高至 1.6 GPa，背散射电子衍射 (EBSD) 和透射 电镜（TEM）分析测试结果表明纤维力学性能的改 善主要源于大量纳米孪晶的产生. Kwon 等[20] 采 用低温管径轧制法 （CTCR）研制了一种高强度 CoCrFeMnNi 高熵合金线材 ，平均抗拉强度可达 1.7 GPa，由于晶格严重畸变导致氢原子扩散缓慢 以及缺乏马氏体转变等因素，CoCrFeMnNi 高熵合 表 1 高熵合金纤维力学性能 Table 1 Mechanical properties of high-entropy alloy fiber Composition Diameter/mm σs /MPa σb /MPa Fracture elongation/% Preparation method Reference Al0.3CoCrFeNi 1 1136 1207 7.9 Hot rotary forging + Hot drawing [17] CoCrFeNi 1 1100 1100 12.6 Hot forging + Cold drawing [18] CoCrNi 2 1100 1220 24.5 Hot rotary forging + Hot drawing [19] CoCrFeMnNi 2.5 1540 1710 10 Hot forging + CTCR [20] CoCrFeMnNi 8 1300 1300 6 Cold drawing [21] Co10Cr15Fe25Mn10Ni30V10 1 1600 1600 2.4 Cold drawing [22] 黄    浩等： 高熵合金与非晶合金柔性材料 · 121 ·