{首页主词},&

北科大吳淵&呂昭平頂刊：利用晶界工程解決難熔高熵合金氧脆問題！

2022-04-01 13:37:49 作者：材料科學與工程來源：材料科學與工程分享至：

難熔型高熵合金，尤其是NbMoTaW型高熵合金，在超高溫下表現出優異的抗軟化性能和熱穩定性，但在室溫下脆性較大，嚴重限制了其加工性能和實際應用。

在此，來自北京科技大學的吳淵&呂昭平等研究者，成功地通過添加準金屬B或C的晶界工程，在NbMoTaW型RHEAs中實現了>10%的大塑性，>1750 MPa高強度。相關論文以題為“Solving oxygen embrittlement of refractory high-entropy alloy via grain boundary engineering”發表在Materials Today上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702122000396

難熔高熵合金，特別是NbMoTaW型高熵合金，由于其具有良好的相穩定性和高溫強度，在高溫結構材料方面具有廣闊的應用前景。但常溫下塑性不明顯，常沿晶斷裂，導致軋制和鍛造過程中加工性能差。然而，由于沒有合適的亞穩相，在加載后會發生馬氏體轉變，因此，前人所提出的提高BCC HfNbTaTiZr常溫下塑性的方法，如亞穩工程策略，不能直接應用于NbMoTaW型RHEAs。因此，揭示NbMoTaW型稀土合金室溫脆性的潛在機制，以解決上述問題是十分必要的。

眾多研究結果表明，晶界（GB）脫聚是各種高溫結構金屬間化合物脆性的根本原因，如Ni3Al，存在嚴重的沿晶斷裂。在加載過程中，H原子在裂紋尖端聚集，導致了材料的GB脆性。盡管如此，一些研究表明，與傳統合金相比，HEAs具有特殊的抗氫脆性能。換句話說，造成NbMoTaW型RHEAs災難性斷裂的機制是不同的。

在此，研究者首先揭示了等摩爾NbMoTaW RHEA室溫脆性的起源，然后嘗試通過B、C等小元素的摻雜來解決這一關鍵問題。通過添加B或C類金屬的晶界工程，研究者成功地使NbMoTaWRHEAs的塑性達到了>10%，強度達到了>1750MPa。結果表明，鑄態NbMoTaW合金的室溫脆性是由氧污染物的晶界偏析引起的，氧污染物的晶界偏析削弱了晶界凝聚。摻小尺寸的類金屬優先取代晶界處的氧，促進了與基體金屬之間更強的電子相互作用，有效地緩解了晶界脆性，使斷口形貌由沿晶斷裂變為穿晶斷裂。該研究結果，不僅有助于理解高脆性HEAs的脆化機理，而且為脆性HEAs的塑性化提供了一條有用的途徑。

圖1 鑄態基和摻-BRHEAs的相組成和力學性能。

圖2 斷口形貌和鑄態稀土合金晶界透射電鏡照片。

圖3 鑄態RHEAs中的元素分布。

圖4 利用第一性原理計算了稀土元素與基體金屬之間的偏析能、強化能、電荷密度和ELF值。

綜上所述，研究者發現BCC - NbMoTaW - HEA的室溫脆性來源于氧致脆化。O與基體金屬之間的弱電子相互作用削弱了GBs的強度，導致了晶間開裂。優先偏析到GB的B或C原子的微合金化抑制了O在GB處的偏析。B/C與基體金屬之間的強電子相互作用，保證了其與相鄰金屬原子之間的鍵能更強，從而產生更強的內聚力。增強的GB黏聚力抑制了早期的晶間裂紋，使變形模式由晶間向晶內轉變，最終提高了塑性。該研究結果，不僅對了解RHEAs的室溫脆性有重要意義，而且為提高HEAs的力學性能提供了有益的途徑。

免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。