在结构材料设计中，强塑性毋庸置疑是必须要考量的核心性能指标，但在某些特殊的服役条件之下，也会对某一特殊性能提出较高的要求，其中最为常见的就是对耐腐蚀性的要求。且即便是强塑协同就已是诸多合金体系发展的核心制约因素，例如一些高强合计通常依赖高密度位错、固溶或第二相强化机制，但这类结构往往降低材料的塑性，同时，第二相可能诱发微电偶等效应削弱其在腐蚀环境中的稳定性；相反，具备优异耐蚀性的合金体系（如奥氏体不锈钢或部分FCC型高熵合金）则普遍存在强度不足的问题。近年来，析出强化型高熵合金在突破强塑协同方面显示出巨大潜力，但其在腐蚀介质中的失效风险仍严重制约工程应用。

2025年12月，香港城市大学等多家科研单位联合署名在材料领域的国际权威期刊《Journal of Materials Science & Technology》在线发表了题为“Designing strong, ductile, and corrosion-resistant high-entropy alloys with dense coherent nanoprecipitation”的研究论文，联合团队的该论文系统提出了一种通过成分精准调控与纳米析出相协同设计，同时实现高强度、高延展性与优异耐腐蚀性能的高熵合金新策略，论文通讯作者为香港城市大学杨涛教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.12.013

【核心内容】

研究以(NiCo)_90−xCr_xAl₅Ti₅高熵合金体系为对象，在计算热力学指导下系统调控Cr含量，成功构建了一系列保持“FCC+L1₂”双相结构稳定的析出强化型高熵合金。研究表明，适量Cr的引入不仅能够在不破坏组织稳定性的前提下提高析出相体积分数和强化效率，还可显著提升合金在氯化物溶液中的钝化能力与局部腐蚀抗力。通过力学性能、电化学行为与钝化膜原子尺度结构的协同分析，系统揭示了强度-塑性-耐腐蚀性可同时优化的内在机制。

图形摘要

【研究方法】

团队基于CALPHAD热力学计算筛选稳定“FCC+L1₂”双相共存的成分窗口，随后以纯度＞99.9 wt.%的纯金属制备名义成分为(NiCo_)90−xCr_xAl₅Ti₅（x=5、10、15和20at.%）的合金样品，根据铬含量分别标记为Cr5、Cr10、Cr15和Cr20)的合金铸锭，且在铸造过程为了确保成分均匀，重熔6次，随后，铸锭在1200℃下均质2h，冷轧后在1200℃再结晶退火1.5min的再结晶退火，并在800℃时效24h，上述热处理均在空气中进行，并以空冷结束。随后，研究团队综合采用SEM、EBSD、TEM与APT等多尺度表征手段，对合金的显微组织、析出相结构及元素分布进行系统分析；并结合室温拉伸试验、动电位极化、恒电位极化与电化学阻抗谱（EIS）测试，对合金的力学性能与耐腐蚀行为进行定量评估。

合金设计与热力学计算

【研究成果】

① 稳定的FCC+L1₂双相组织设计

研究表明，在5-20 at.% Cr含量范围内，所有合金均保持稳定的FCC基体结构，并形成高密度、弥散分布的L1₂有序纳米析出相。随着Cr含量的提高，析出相体积分数略有增加，同时基体与析出相之间的晶格失配度逐渐降低，这为后续强化机制的有效发挥奠定了结构基础。这一结果表明，通过合理控制Cr含量，可以在避免脆性相析出的前提下，实现析出强化型高熵合金的组织稳定性与可设计性。

合金的XRD与EBSD相结构及晶粒形貌分析

Cr10和Cr20合金的TEM微观结构及元素分布

② 高密度纳米析出相的显微组织特征

合金内部纳米级的且空间分布均匀的L1₂析出相，这些析出相与FCC基体保持高度共格关系，使位错能够通过剪切机制与析出相发生相互作用，从而在提供强化效果的同时维持良好的塑性变形能力，并且随着Cr含量的增加，进一步提高了析出相的体积分数并降低晶格失配度，使析出相在高应变条件下仍能保持稳定，有效支撑持续应变硬化行为，成为合金在拉伸测试中变现出高水平的强塑协同提供了微观基础。

Cr20合金的高分辨率STEM与APT原子尺度分析

Cr含量对合金晶格参数和L1₂相晶格失配的影响

③ 强度与延展性的协同提升

不同含Cr量的合金均在室温拉伸测试中表现出约30%的延伸率，强度方面，屈服强度与抗拉强度随Cr含量提升，其中，含Cr量较高的合金屈服强度超过了1GPa，且在变形过程中未出现塑性失稳特征，应力-应变曲线整体平稳光滑。这种优异的强塑性协同来源于高密度L1₂析出相对位错运动的有效调控，使材料在高强度水平下仍保持持续的应变硬化能力，从而延缓颈缩并扩大了均匀塑性变形的区间。

室温拉伸性能与腐蚀性能的Ashby图对比

④ 优异的耐腐蚀性能

电化学测试结果显示，Cr含量≥10at.%的合金在3.5wt.% NaCl溶液中表现出明显提高的点蚀电位与更低的腐蚀电流密度，耐蚀性能显著优于低Cr合金及多种已报道高性能HEAs。这表明，引入适当含量的Cr能够在保持析出强化的主要强化机制的同时，在兼顾塑性的情况下有效提升析出强化型高熵合金在腐蚀环境中的服役稳定性。

合金在NaCl溶液中的动电位与恒电位极化曲线

高熵合金电化学阻抗谱与钝化膜电阻分析

⑤ 原子尺度分析双层钝化膜的耐腐蚀机制

高Cr合金（Cr含量≥10 at.%）表面可形成稳定的具有明显成分差异的双层钝化膜结构，其外层主要由Al₂O₃与TiO₂构成，内层则富集Cr₂O₃，同时在钝化膜下方形成富集Ni的过渡层，这种多层次、非晶化的钝化膜结构在原子尺度上显著提高了钝化膜的致密性与电化学稳定性，稳定隔绝合金基体表面与腐蚀介质的进一步接触，阻断腐蚀的自由进行。

Cr10和Cr20合金钝化膜的XPS成分分析

Cr10（上）与Cr20（下）合金钝化膜的STEM截面与元素分布

钝化膜的原子分辨率HAADF和iDPC结构表征

Cr20合金钝化膜的APT三维原子分布与热力学分析

【总结与展望】

该研究成功地制备了一系列含有不同Cr含量的纳米颗粒增强的高熵合金，从电化学和力学测试表明，当Cr含量≥10 at.%时，合金具有良好的耐腐蚀性和综合力学性能，该研究不仅深化了析出强化型高熵合金的基础认识，也为面向复杂服役环境的高性能结构材料设计提供了可复制、可拓展的理论路径。