近日，中国矿业大学力学与土木工程学院杨卫明教授与中国科学院宁波材料技术与工程研究所黎嘉威研究员等通过内圆水纺丝技术，一步法制备出直径200微米以下的软磁高熵合金纤维。该淬态软磁纤维在23%延伸率下具有674MPa的抗拉强度，矫顽力为8.1Oe、饱和磁化强度为116emu/g、居里温度为770K。通过调控L1₂相共格纳米晶的析出，还可以进一步优化该纤维的强度和矫顽力。

  这项工作为制备高性能软磁纤维提供了新思路，突破了软磁纤维塑性过低的瓶颈，对推动高熵合金的新应用具有重要意义。

图1. 软磁高熵合金纤维的制备、形貌和性能。a 内圆水纺丝法示意图。b 高熵合金纤维的形貌。c 磁铁吸引前后的弹簧形高熵合金纤维。d高熵合金纤维的磁滞回线。e 高熵合金纤维的拉伸工程应力-应变曲线。f 本研究的纤维与其他软磁纤维的性能对比。

图2. 高熵合金纤维的微观结构演变。a 高熵合金纤维的XRD图。b 淬态和c 800℃-120min退火后高熵合金纤维的EBSD-IPF图像。d 淬态纤维的BF-TEM图。e 富Ta相Ta2(Co/Fe/Ni)3Si的SAED图像。f 富Ta相的HRTEM图和晶体投影图，二者吻合良好。g 800℃-120min退火后纤维的BF-TEM图，SAED图（右上插图）和相应的DF-TEM图（右下插图）。h L1₂共格纳米析出相的HRTEM图像。

图3. 高熵合金纤维的3D-APT表征。a 淬态和b 800℃-120min退火态纤维的3D-APT图。c 淬态纤维1D成分剖面中，所有元素均匀分布。d 800℃-120min退火后高熵合金纤维3D-APT图。e从d所示的APT尖端获得的Ni浓度的2D投影和显示Fe、Ta原子分布区域的放大图。f后纤维1D成分分布图。

图4. 高熵合金纤维的磁畴结构和机理图。LTEM图取自a 淬态和b 800℃-120 min退火后纤维。a和b中数字标记的黄色箭头表示磁畴壁。c显示了富Ta相对淬态纤维畴壁的钉扎效应的示意图。d显示800℃-120min退火后纤维的畴壁平滑运动的示意图。

图5. 高熵合金纤维的变形组织。a 淬态和b 800℃-120min退火纤维拉伸断裂后结构演变：SEM图像显示断裂面的差异；IPF和KAM图显示了变形引起的局部取向差的分布。c BF-TEM图像显示了淬态纤维变形区域的微观结构。d HRTEM图像显示淬态纤维的代表性位错组态。e 淬态纤维的HRTEM图，显示了基体中变形诱导的非晶区域。f BF-TEM图显示了800℃-120min退火纤维变形区域的微观结构，插图显示了孪晶和9R相。g 使用孪晶和9R结构反射获得的DF-TEM图像。h HRTEM图显示了变形孪晶和9R相，以及对应的FFT图像。i 放大的h中的HRTEM图及其对应的GPA图，显示了fcc相和9R相界面结构及应变分布。

  总之，通过硅微合金化以及在Fe-Co-Ni-Al-Ta高熵合金中采用一步旋转水纺丝法，成功制备出了具有优异强度和柔韧性的微米级丝材（SMFs）。对含有晶格错配度小的有序共格纳米析出物的Fe₃₄Co₂₉Ni₂₉Al₃Ta₃Si₂高熵合金进行晶粒粗化处理，能够产生大量的位错近邻效应，从而使其具备高强度。

此外，在粗晶粒中，畴壁钉扎作用小于畴壁宽度是矫顽力（Hc）较低的主要原因。通过退火处理，SMF的强度、塑性和Hc可进一步得到调控。这项工作为制备大塑性SMF提供了一种技术，突破了数十年来SMF塑性不足的瓶颈，对于推动高熵合金在柔性电子和多功能复合材料领域的应用具有重要意义。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54984-7