高熵合金（HEAs）由于具有高强度和高延展性，引起了人们极大的研究兴趣。然而，具有面心立方结构的经典高熵合金CoCrFeMnNi，在室温和高温下的强度和延展性均逊色于传统合金。因此，各种传统的合金设计概念已应用于HEAs。例如，利用C或B合金化提高HEAs的屈服强度和极限拉伸强度。析出强化也是增强合金强度的有效方法之一，有研究工作通过调整合金成分或通过机械加工控制微观结构来开发析出强化型HEAs。例如，CoCrFeNi合金与Mo的合金化可稳定σ相和μ相，从而提高合金的硬度和强度。氧化物弥散强化（ODS）也已通过粉末冶金的加工方式应用于HEAs中，并显著提高了合金的强度和硬度。然而，在烧结过程中，氧化物颗粒的尺寸和空间分布不均匀，氧化物和基体之间的界面不够坚固，抑制了延伸率的提升。例如，等离子烧结的 CoCrFeNiTi合金的抗拉强度可达1460MPa，而其延伸率被限制在15%以内。

薄膜结构的HEAs也得到了深入研究，其具有高的组合选择性和优异的机械性能，如硬度、耐磨性和耐腐蚀性。然而，由于析出物或弥散颗粒会在界面处优先形核，使用ODS进一步改善薄膜的机械性能非常具有挑战性。因此，关于ODS薄膜的工作报道极少，尤其是原位生成的氧化物。

近日，德国马普所的Subin Lee（通讯作者）及其研究团队制备了原位形成纳米氧化物颗粒增强的CoCrFeNi高熵合金薄膜。首先通过溅射沉积法制备了超细晶粒薄膜，该薄膜具有氧快速扩散通道的柱状晶粒结构；然后通过对薄膜进行退火，获得了尺寸为十几纳米的均匀分布在晶粒内部的氧化铬颗粒；最后通过使用高分辨率扫描透射电子显微镜 (STEM) 分析了退火薄膜和氧化物颗粒的微观结构。相关成果以“Structure and hardness of in situ synthesized nano-oxide strengthened CoCrFeNi high entropy alloy thin films”为题发表在期刊Scripta Materialia。

通过磁控溅射纯金属靶材Co、Cr、Fe和Ni制备沉积薄膜，室温下总沉积速率为0.13 nm/s，薄膜的最终厚度为500 nm。然后在10-4 Pa的真空压力下，将晶体薄膜样品在1273 K（即薄膜熔化温度的0.74倍）的真空室中退火一小时。退火后的薄膜采用XRD，SEM和EBSD进行分析。利用FIB-SEM在特定位置处切取透射片，并采用STEM（EDS）对透射试样进行分析。采用机械抛光法去除试样表面氧化皮和表面孔隙，然后对试样进行纳米压痕测试。

XRD相分析表明（图1a），沉积态CoCrFeNi薄膜是具有（111）织构的FCC单相，退火后薄膜的光谱形状与其相似，除了对应于表面氧化皮中的Cr2O3相的附加峰。沉积态薄膜的XRD极图表明薄膜晶粒与c-sapphire基体具有特定取向关系（图1b），退火后薄膜的EBSD反极图显示了（111）的晶粒取向（图 1c）。FIB-SEM观察的退火薄膜的横截面显示，薄膜顶部有厚厚的Cr2O3氧化皮，薄膜内部有氧化物颗粒（图1d中薄膜内部的对比度较暗）。