高熵合金強與韌兼得的奧秘破解
2019年10月22日 9:28 9292次瀏覽 來源： 中國有色網(wǎng) 分類： 新材料前沿 作者： 崔雪芹
金屬材料的制備和使用淵源千年，是人們所用的最大量和最重要的材料之一。然而，金屬材料的強與韌往往不可兼得。人們研究發(fā)現(xiàn)，如果打破傳統(tǒng)的合金設(shè)計方法，將多種元素等原子比固溶在一起，理論上會制得原子排列有序而元素排列無序的所謂高熵合金，從而打破傳統(tǒng)金屬中強塑性難以兼得的困境。近日，浙江大學(xué)研究人員與國內(nèi)外合作者，揭示了高熵合金中晶格調(diào)控力學(xué)性能的特殊機制。相關(guān)論文在線刊登于《自然》。
研究人員表示，與傳統(tǒng)的界面調(diào)控（包括晶界、相界、第二相界面等）以及團簇等精細(xì)結(jié)構(gòu)調(diào)控相比，高熵合金中獨特的濃度波調(diào)控極精細(xì)并具有連續(xù)性，是一種可控和高效的材料強韌化方法。
浙江大學(xué)電子顯微鏡中心教授余倩課題組首先通過原子尺度的元素分布表征，揭示了高熵合金多種元素如何固溶在一起的重要疑問。“我們發(fā)現(xiàn)了高熵合金中獨特的濃度波起伏，相比于傳統(tǒng)固溶體合金中在晶格尺度趨于平直的元素濃度波起伏，高熵合金濃度在晶格間25%到15%的震蕩，會帶來納米尺度晶格阻力的震蕩和局域?qū)渝e能的變化。”余倩說。緊接著，通過在保證完全固溶的前提下增加元素間電負(fù)性和原子大小的差距，研究人員制備了納米尺度各種元素濃度起伏在60%到0之間的CrFeCoNiPd合金。
在高倍電鏡的放大下，研究人員看到，普通材料的位錯線是沿著固定的滑移帶像一線潮那樣奔涌向前，但是CrFeCoNiPd合金中，位錯線卻走得“磕磕絆絆”?？蒲腥藛T把這樣的位錯移動稱為交滑移，位錯不沿著原有的晶面走，而是選擇了另一個晶面。這樣，位錯之間的相互作用就會增加，提供了更多變形的可能，同時也“呼喚”更強的外力來推動位錯往前走。
大量的交滑移作用，使得合金有更好的均勻變形能力又有更好的強度。專家評審意見認(rèn)為，該工作對理解復(fù)雜成分合金的強化機理具有重要理論意義。而高熵合金強度與塑性兼得的特點以及優(yōu)良的低溫性能，在未來航空、南北極等對溫度要求嚴(yán)苛的材料制備上大有可為，同時在防撞領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。
責(zé)任編輯：淮金
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