熵已成为多组元合金的设计指导原则,通过调控合金的混合熵,可以设计出具有不同性能特点的合金。根据合金的混合熵值,可将合金划分为低熵合金、中熵合金和高熵合金。低熵合金主要指以一种或两种元素为基的传统钢铁、铝合金等;高温合金、不锈钢等则属于中熵合金范围;高熵合金是指具有高混合熵的复杂多组元合金。目前的研究结果表明,高熵合金具有高强高韧、耐磨耐蚀、宽温域服役等诸多优异的特点,然而,面心立方结构的高熵合金通常强度较低,体心立方结构的高熵合金往往塑性不足。近年来,研究人员就此开展了诸多强韧化研究工作。大部分的高熵合金研究工作集中于块体刚性材料方面,通过细化晶粒、析出第二相、相变、纳米孪晶等手段实现合金的强韧化。然而,随着高新科学技术的发展,柔性的纤维、金属薄带、薄板等材料也越来越突显出重要性,但高熵合金在柔性材料方面的研究较为薄弱,这极大限制了高熵合金的应用范围。鉴于此,本论文将围绕熵调控CoCrFe系高熵柔性纤维材料与薄板展开以下研究:(1)本论文研究了 900℃退火态直径为1.0 mm的CoCrFeNiAl0.3高摘合金纤维,发现该纤维以面心立方结构(FCC)为基体,同时析出第二相,析出相富含Ni和Al元素。随着退火时间的延长,析出相的体积分数逐渐增加,但合金的晶粒生长速度减缓,这主要归因于析出相的钉扎作用及晶界高熵效应。在力学性能方面,该退火态高熵合金纤维的抗拉强度可达900MPa以上,延伸率可达25%以上。因此,采用适当的热处理方式可改善高熵纤维材料在铸造加工过程中的缺陷,并使得纤维内的残余应力得以释放,获得更为良好的综合力学性能。(2)本论文采用拉拔法制备了直径为60μm的CoCrFeNiAl0.3高熵合金柔性纤维,该纤维具有纳米晶结构,其室温抗拉强度达2.8 GPa,延伸率约为2.4%,超过目前研究的大多数面心立方高熵合金的抗拉强度极限。当环境温度降至133 K,二者分别提高至3.3 GPa和3.5%。通过原位透射电镜拉伸研究发现,高熵合金纤维的高强度主要与纤维中高密度位错、纳米晶界强化、纳米级析出相等综合因素有关,同时,也与纤维本身的尺寸效应有关,但拉拔过程中导致的高密度位错缠结使其在室温拉伸过程中变形更为困难,位错运动受到抑制,进而导致塑性明显降低。(3)本论文从提高合金熵值的角度,在CoCrFeNiAl0.3高熵合金的基础上增加Al、Ti大直径原子,设计了 CoCrFeNiAl0.5Ti0.1高熵合金成分,并制备了 CoCrFeNiAl0.5Ti0.1高熵合金的锻态块体、轧制板材、以及热处理态板材,并对样品的微观组织与力学性能进行分析。研究发现,锻态CoCrFeNiAl0.5Ti0.1高熵合金由面心立方结构基体与Ni2AlTi析出相组成,合金的力学性能随温度变化显著,即室温条件下合金的抗拉强度为1146 MPa,延伸率为16.7%;当温度降低至77 K的温度时,抗拉强度提高到1423 MPa,延伸率达到14.2%。当温度升高至873 K时,合金的抗拉强度可保持在700 MPa以上;当温度升高到1073 K时,合金的抗拉强度约为155 MPa;当拉伸温度继续提高至1273 K时,合金已经基本软化。同时,对锻态CoCrFeNiAl0.5Ti0.1高熵合金进行轧制与淬火处理,发现经过700℃和900℃淬火处理的合金抗拉强度和塑性同时提高,这主要是由于热处理过程中降低了合金的内应力,合金发生了再结晶并且合金中Ni2AlTi脆性析出相回熔并重新析出尺寸更为细小的析出相所致。(4)本论文从降低CoCrFeNiAl0.3高熵合金熵值的角度,将Al、Ni元素用Mn元素替代,改变合金元素的比例,研究双相非等原子比四元高熵合金CoCrFe5Mn3的力学性能以及低温环境的服役行为,并研究晶粒尺寸对CoCrFe5Mn3高熵合金低温性能的影响。研究发现,高熵合金在拉伸过程中,合金发生了应力诱导马氏体相变过程,粗晶状态和细晶状态的CoCrFe5Mn3合金的强度和表现出强烈温度依赖性,即温度降低和抗拉强度增加之间呈正相关,但合金的塑性随温度降低仅略有降低。同时,Hall-Petch效应对力学性能影响非常显著,在各个温度条件下,CoCrFe5Mn3细晶状态的合金的极限抗拉强度和伸长率均高于粗晶合金。因此,通过调控合金熵值可设计出具有不同成分的高熵合金,同时合金也具有不同的性能特点,满足特定的环境需求,拓宽高熵合金的研究思路和应用领域。