图1:论文被选为《中国科学·材料》2019年第6期的封面，该图说明了具有化学无序结构的高熵合金在深空探测领域的应用潜力。
超低温材料在深空探测、应用超导和气体工业领域有诸多应用。随着聚变反应堆领域和空间技术的进步，针对高性能低温材料的需求越来越迫切。高熵合金作为多主元合金（多种合金元素等比例或近似等比例组成）的代名词，近些年引起研究人员的广泛关注。由于其合金设计理念的不同，高熵合金被认为具有突破传统材料诸多性能极限的潜力。
日前，北京科技大学张勇教授课题组发表了题为“Excellent ductility of metastable CoCrFeNi high-entropy alloy at extremely low temperatures”的文章。文章深入研究了CoCrFeNi高熵合金的超低温服役行为，发现液氦环境下孪晶主导的变形机制导致了锯齿流变行为，变形孪晶和相变行为的共同作用导致了其优异的力学性能。该研究成果作为封面论文发表在《中国科学·材料（Science China Materials）》上。
北京科技大学张勇教授、郑州大学任景莉教授为论文的通讯作者，北京科技大学博士生刘俊鹏（现为中国科学院力学研究所博士后）、郑州大学博士生郭晓向、澳大利亚悉尼大学博士后林青云和北京科技大学何战兵教授为论文的共同第一作者。论文合作者还包括美国田纳西大学Peter K Liaw教授、中国科学院理化技术研究所李来风研究员、澳大利亚悉尼大学廖晓舟教授和安祥海博士、北京科技大学林均品研究员、谢璐博士和郑州大学于丽萍博士。
图2:CoCrFeNi高熵合金在不同温度的拉伸应力应变曲线
图3:不同金属材料在4.2K时的拉伸强度-延伸率图
图4:美国国家航空航天局发射的机遇号、洞察号火星探测器和洞察号传回地球的第一张图片。（来自pixabay和百度图片）
图5:聚变反应堆装置示意图
文章详细研究了具有面心立方结构的CoCrFeNi高熵合金的超低温服役行为，结果显示该合金在极低温环境下，能够保持高强度和极优异的塑性，如图2。归根结底，这些优异的综合性能源于多组元合金极低的层错能，使变形孪晶在超低温环境下大量出现，进而导致材料在极限温度下保持高强高韧的特点。另外，文章还发现该合金在超低温环境准静态拉伸时少量的FCC-HCP相变行为，说明在极低温环境且高应力状态下，HCP结构的CoCrFeNi合金比FCC结构更稳定，加深了对高熵合金相稳定性的认识。除此之外，高熵合金在液氦温区拉伸时出现了锯齿流变行为，作者认为这种特异性的现象是由孪晶主导的变形机制引起的，且相变行为的出现导致了该锯齿行为的不稳定。
以上结果及图表显示，同传统的金属材料相比，高熵合金在极低温环境结构材料领域具有很强的工业应用潜力。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s40843-018-9373-y