本研究對Fe-25Mn-5Co-12.5Cr-5Ni-2.5Si (at. %)新型低成本中熵合金(MEA)進行一項突破性研究，研究結果發現這種合金的機械性能優於現有的CoCrFeMnNi高熵合金(HEA)，為傳統 HEA提供了一種具有成本效益的替代品。本研究細緻地概述合金設計重點，即實現平衡的成本性能比，同時透過突破性地添加矽來增強機械性能。矽在這種合金中起著關鍵作用，它能增加原子錯配並降低堆疊斷層能(SFE)，從而啟動麻田散體相變化，顯著提高強度和延展性。圖1所示，這種MEA具有面心立方(FCC)晶體結構，合金結構均勻，沒有析出物或第二相。圖2之室溫下拉伸結果顯示此合金具有卓越機械性能。由圖3的TEM觀察發現，由平面和波浪形差排以及變形孿晶組成的複雜微觀結構使其性能得到增強。值得注意的是，低溫變形進一步提高合金的機械強度，其原因係因為如圖4所示於低溫變形產生更複雜的微觀結構，包括變形雙晶和ε麻田散體板條。除了發現晶粒大小和低溫對合金拉伸性能的關鍵影響，研究中得出的Hall-Petch關係，發現中熵合金表現出比傳統高熵合金更高的變形強化。此外，本研究闡明矽添加對合金機械性能的影響，圖5透過對比未添加矽的合金之機械強度，矽的添加不僅增強合金的強度和延展性，而且可藉由調整原子錯位和 SFE，提供增強機械性能的途徑。此低成本中熵合金同時具有高強度、高延展性和卓越的機械性能，如圖6所示，這種創新的合金設計方法為開發具有量身定制特性的高性價比材料開闢了新途徑，適用於各種工業應用。（材料系林新智教授提供）
圖1 Fe-25Mn-5Co-12.5Cr-5Ni-2.5Si中熵合金的XRD繞射圖。
圖2 各種不同晶粒大小之Fe-25Mn-5Co-12.5Cr-5Ni-2.5Si中熵合金的室溫拉伸曲線。
圖3 Fe-25Mn-5Co-12.5Cr-5Ni-2.5Si中熵合金經室溫拉伸之TEM顯微組織。
圖4 Fe-25Mn-5Co-12.5Cr-5Ni-2.5Si中熵合金經低溫拉伸之TEM顯微組織。
圖5中熵合金的真實應力應變曲線及Hall-Petch曲線，(a) Fe-25Mn-5Co-12.5Cr-5Ni，(b) Fe-25Mn-5Co-12.5Cr-5Ni-2.5Si。
圖6 常見合金的Hall-Petch關係式之强化係數比較。