精密成形工程

作者：刘依豪, 娄燕, 高伟杰

单位：深圳大学 a.广东省微纳光机电工程技术重点实验室 b.机电与控制工程学院,广东 深圳 518000

关键词：高熵合金,纳米压印,分子动力学模拟,铝复合材料,纳米孪晶多晶

基金：国家自然科学基金（52075342）; 深圳市自然科学基础研究（JCYJ20230808105224048）; 深圳市工业母机中小试基地（[2025]-59）

目的 为在纳米尺度揭示纳米孪晶结构Alx(CoCrFeNi)1-x高熵合金的变形机理,探究铝含量、孪晶界间距及温度对其在纳米压痕过程中力学行为与微观结构演变的影响规律。方法 采用分子动力学模拟方法,构建具有不同孪晶界间距（0.61、1.84、3.08、4.31 nm）的纳米孪晶多晶Alx(CoCrFeNi)1-x模型（x=0.1、0.3、0.5）。在300~1 100 K的温度下进行纳米压痕模拟,并运用共同邻域分析、位错分析等方法,实时追踪位错形核、运动及其与晶界的交互作用。结果 晶体结构、孪晶界间距与铝含量均显著影响力学性能。在Al0.1成分下,单晶、普通多晶和纳米孪晶多晶的最大压痕力分别为489.21、340.60、375.41 nN,表明普通晶界引起软化,而纳米孪晶界能有效提升承载能力。当孪晶界间距为1.84 nm时,性能最优,最大加载力达411.04 nN,硬度为16.44 GPa,证实此为Hall-Petch强化与反Hall-Petch软化的临界间距。提高铝含量可进一步提升强度。结论 最优性能源于孪晶界对位错的有效阻碍与重排;高铝含量则加剧了晶格畸变,有效减小了层错能,促进层错形成与相变。温度升高通过热激活效应促进位错形核与运动,导致材料软化。铝含量、孪晶界间距与温度三者协同作用,共同调控着材料的强度与塑性。

来源：2025年第11期

《精密成形工程》期刊编辑部

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