近日，哈尔滨工业大学亓钧雷教授、闫耀天在《Carbon》上发表了题为“Mechanical strength enhancement of C/SiC–Nb brazed joints through ultrafast high-temperature non-equilibrium surface high-entropy metallization”的论文，通过超快速高温非平衡表面高熵金属化（UHNF）技术在C/SiC表面制备FeCoCrNiMo高熵合金层（HEML），利用极速加热淬火稳定非平衡多相结构（FCC、μ、σ、BCC），有效抑制界面脆性相并缓解热应力。实验表明，170 μm HEML显著提升钎焊接头性能，室温剪切强度达177 MPa（较无HEML提高2.3倍），且在500°C下保持102 MPa，为航空航天轻量化异质材料连接提供高可靠性解决方案。

1.材料需求与挑战：C/SiC复合材料因轻质、高强和耐高温特性，是航空航天热端部件核心材料，但其与铌（Nb）钎焊接头存在热膨胀失配、界面脆性层（如TiC）及钎料高温软化（>500°C）三大难题。

2.传统方法的局限性：传统技术（机械连接、颗粒增强）虽能部分缓解应力，但导致结构笨重、工艺复杂，AgCuTi钎料残余应力与脆性层仍使接头易失效。

3.创新需求与高熵合金潜力：高熵合金（HEA）通过多主元协同与晶格畸变抑制脆性相，结合UHNF超快加热-淬火技术稳定非平衡相，为钎焊瓶颈提供突破路径。

【研究方法】

1.HEML层制备工艺：采用FeCoCrNiMo高熵合金粉末，通过焦耳效应实现超快速加热（3000 K）与淬冷（>10³ K/s），在C/SiC表面形成高熵金属化层（HEML）。关键参数包括电流（45-55 A）、时间（10-20 s）及气氛（氩气保护），优化后获得厚度可控（50-350 μm）、多相结构的HEML。快速淬火抑制原子扩散，保留高温稳定相（如μ、σ相），并通过晶格畸变增强位错运动能力。

2.钎焊工艺与界面设计：组装C/SiC/HEML/AgCuTi/Nb结构，采用真空钎焊（880°C，10 min）。HEML作为缓冲层，降低CTE失配，同时通过Ti元素的优先吸附增强钎料润湿性。钎焊后通过SEM、EDS分析界面元素扩散，XPS揭示界面反应机制，确保无连续脆性层形成。

3.多尺度表征与模拟验证：实验层面：SEM观察HEML微观形貌，XRD分析相组成，剪切测试评估力学性能（室温至500°C）。理论层面：密度泛函理论（DFT）计算Ti在HEML各相（FCC、BCC、μ、σ）的吸附能，揭示界面结合机制；有限元分析（Abaqus）模拟残余应力分布，验证HEML的应力缓冲效果。

【研究结果】

1.HEML结构与性能优化：170 μm HEML呈现均匀FCC、BCC、μ、σ多相结构，μ相（Mo富集）与σ相（Cr富集）提供高硬度，FCC相（Ni/Co富集）增强塑性。快速淬火抑制脆性相生长，晶格畸变（应变达+17%）促进位错滑移，显著提升应力耗散能力。

2.界面反应与结合强化：HEML/C/SiC界面形成薄层高熵碳化物（(Fe,Co,Cr,Mo)C）和硅化物（(Fe,Co,Ni,Cr,Mo)Si），厚度<100 nm，避免传统厚脆性层的应力集中。HEML对Ti的吸附能（FCC相9.3 eV）远超C/SiC基体（SiC 4.4 eV），显著提升钎料润湿性与界面结合强度。

3.力学性能与高温稳定性：室温剪切强度达177 MPa（较无HEML提高2.3倍），500°C下保持102 MPa。应力-应变曲线显示延性断裂特征（应变32%），残余应力从C/SiC-钎料界面转移至HEML内部，170 μm厚度实现最优应力分散，避免界面裂纹扩展。

【展望】

1.工艺参数精细化调控：进一步探索电流、时间与HEA成分（如引入W、Ta等难熔元素）的协同效应，优化HEML均匀性与高温相稳定性，提升大规模生产的可重复性。

2.新型高熵体系开发：拓展高熵合金成分设计（如添加稀土元素或陶瓷相），增强界面抗氧化与抗腐蚀能力，适应更严苛的航空航天服役环境（如超高温、氧化循环）。

3.多场景应用验证与模拟深化：开展热循环、振动载荷等实际工况测试，评估接头长期可靠性；结合分子动力学模拟与宏观力学模型，揭示非平衡相形成机制及应力动态演化规律，为材料设计提供理论指导。