随着航空航天工业的加快速度进行发展，对具有卓越性能的合金的需求日益增加。高熵合金是一种由多种主要元素以相等或近等原子比混合而成的新型材料，提供了一种革新的设计理念，并展现出出色的强度、卓越的断裂韧性、优异的耐辐照性、抵抗腐蚀能力和耐磨性等特性。双相高熵合金具有高强度的特点，但其在室温下的成形十分困难。电辅助成形是一种能在金属变形过程中施加电流，以降低流动应力，提高部件成形性的技术，已被大范围的应用于传统金属材料，如铝合金、镁合金和铜合金等。然而，不同合金的电塑性效应存在很明显差异。由于高熵合金具有多主元的特性，其结构特征与传统金属合金不一样，进而影响了其电塑性。目前，高熵合金能否通过电流提高其成形性，以及其潜在的电塑性机制仍有待进一步研究。

  哈尔滨工业大学的徐杰团队和浦项科技大学的Hyoung Seop Kim教授合作，从微观结构演化和拉伸行为的角度研究了双相Al0.6CoCrFeNiMn合金的电塑性。首先通过不同电流密度下的单轴拉伸测试获得了高熵合金的力学性能，并分析了电流密度对该合金拉伸行为的影响。选择伸长率最大(30A/mm2)和应变软化明显(60A/mm2)的试样与室温下进行拉伸的试样作对比，研究了电流辅助拉伸高熵合金的微观组织演变规律。研究结果揭示了高熵合金和稀固溶合金晶格结构差异对局部焦耳热效应的影响，并确定了局部焦耳热对电流辅助拉伸变形行为的影响。相关研究结果以“Electroplasticity in the Al0.6CoCrFeNiMn high entropy alloy subjected to electrically-assisted uniaxial tension”为题，发表在材料领域顶级期刊Journal of Materials Science & Technology上。

  不同电流密度下Al0.6CoCrFeNiMn合金在电流辅助拉伸过程中的温度场如图1所示。当电流施加到样品上时，温度从初始室温(I)迅速升高。间隔一段时间后，电流产生的焦耳热和热辐射引起的热损失达到动态平衡，样品达到初始稳态温度(II)，随后温度缓慢升高，直至裂纹萌生(III)。接着，温度急剧升高，直到达到峰值温度时，样品断裂(IV)。电流导致每个样品沿着拉伸方向的温度分布不均匀，最高温度出现在样品中心。

  图1. 高熵合金样品在电流辅助拉伸过程中的温度场：(a)典型的四个温度场变化阶段，(b)峰值温度随时间和电流密度的变化，(c)不同电流密度下样品的初始稳态温度，以及(d)施加不同电流密度后沿样品拉伸方向的温度分布

  为了排除热效应的影响，根据电流密度为 30 A/mm2(EAT30)时的温度选取220 °C(FT220)的等温拉伸试样作对比。不同电流密度下Al0.6CoCrFeNiMn合金的力学性能如图2所示。流动应力随着电流密度的增加而逐渐减小，并且电流密度大于50 A/mm2时发生应变软化。随着电流密度的增加，屈服强度和极限拉伸强度均下降。电流辅助拉伸下高熵合金的总伸长率与室温拉伸相比可提高50%，说明脉冲电流能加强高熵合金的塑性。在低电流密度下高熵合金的均匀伸长率增加，而在较高电流密度下由于产生应变软化，样品的均匀伸长率降低。

  图2. 高熵合金样品在不同电流密度下的力学性能：(a)不同电流密度和FT220下的工程应力-应变曲线，(b)YS，UTS，TEL和UEL随电流密度的变化，(c)应变硬化速率曲线作为真实应变的函数

  获得了不同电流密度下的KAM分布图和相应的KAM值，如图3所示。结果显示，随着样品的变形，KAM值均有所增加。我们进一步使用KAM值计算了在RT、EAT30和EAT60下拉伸前后的几何必须位错密度。根据结果得出，室温下几何必须位错的积累最为严重，而施加电流后，几何必须位错密度的增量显著降低。

  高熵合金独特的多主元组分和晶格结构是导致其与稀固溶合金电塑性差异的主要的因素。忽略位错和其他缺陷的影响，稀固溶合金和高熵合金中自由电子运动的示意图如图4所示。对于具有少量溶质原子的稀固溶合金，自由电子可在基体中自由移动，固溶原子的存在阻碍了其附近自由电子的移动。部分自由电子与固溶原子发生碰撞而形成散射电子，从而在合金内形成局部热点。而在高熵合金中很难明确地定义溶质与溶剂，其晶体单胞中每个点阵位置的金属原子并非唯一确定。同时由于高熵合金中多主元组分之间原子尺寸的差异，晶格点阵将会产生严重的畸变。因此，高熵合金中的每个原子都可能会阻碍自由电子的运动。此外，当电子与高熵合金中不同原子半径的原子碰撞时，电子会更频繁地发生散射。晶格畸变、高比例的BCC相和位错增强了局部焦耳热效应，因此导致了双相高熵合金更显著的温升。

  该研究还从局部焦耳热效应与位错演化之间的相互作用的角度，解释了高熵合金脉冲电流辅助下的拉伸行为，如图5所示。

  图5. (a) 以应力-应变曲线区分的不同变形条件的位错演化示意图， (b) 拉伸前和拉伸后 (c) 在室温下，(d) 在应变硬化区，和 (e) 在应变软化区。