{首页主词},&

西工大《Scripta Mater》：基于共晶高熵合金的快速合金設(shè)計(jì)策略！

2022-08-29 14:11:52 作者：材料科學(xué)與工程來源：材料科學(xué)與工程分享至：

自2004年以來，高熵合金（HEA）物理冶金領(lǐng)域引起了越來越多的關(guān)注。多種元素賦予HEA獨(dú)特的冶金特性，如晶格畸變嚴(yán)重、短程有序結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的相變行為、以及優(yōu)異的機(jī)械和物理性能，使其成為極端環(huán)境中的潛在結(jié)構(gòu)材料。然而，HEAs巨大的成分空間也給傳統(tǒng)試錯(cuò)方法的合金設(shè)計(jì)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。雖然已經(jīng)建立成分和微觀組織之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)的微觀組織并不一定意味著優(yōu)越的力學(xué)性能。研究人員正試圖重新優(yōu)化HEA的組成，以實(shí)現(xiàn)固溶，沉淀，相變強(qiáng)化以獲得更好的HEA。

來自西北工業(yè)大學(xué)的研究人員基于面心立方（FCC）/有序體心立方（B2）EHEA模型系統(tǒng)，開發(fā)了兩種具有優(yōu)異力學(xué)性能的FCC和B2過飽和高熵HEA。此外，HEAs的定制基體和改性微觀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了其性能。相關(guān)論文以題“Rapid alloy design from superior eutectic high-entropy alloys”發(fā)表在Scripta Materialia。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2022.114875

圖1(a)快速設(shè)計(jì)新的HEAs示意圖。(b)共晶反應(yīng)相圖。(c)對(duì)比文獻(xiàn)中鑄造FCC/B2 EHEAs的拉伸性能(d) Ni30Co30Cr10Fe10Al18W2EHEA的TEM圖。

飽和度越高，析出相的體積分?jǐn)?shù)越高。設(shè)計(jì)的合金可以通過在不同溫度下退火來誘導(dǎo)第二相。在這種情況下，可以通過選擇合適的共晶體系作為候選合金來設(shè)計(jì)第二相增強(qiáng)/增韌HEAs。與常規(guī)B2合金相比，具有高抗變形能力的過飽和B2相通過激活更多的滑移體系表現(xiàn)出更高的塑性。

圖2 FCC HEA的微觀結(jié)構(gòu)。(a)鑄態(tài)OM圖。(b)和(c)合金分別為1200℃-2min和1000℃-30min退火后的EBSD-IPF圖。(d) 1000℃退火后的合金B(yǎng)SE、HAADF和SAED圖。(e)對(duì)應(yīng)的EDS。

過飽和基體為低溫下采用同時(shí)再結(jié)晶和沉淀工藝獲得豐富的沉淀和穩(wěn)定的部分再結(jié)晶組織提供了可能。除了未溶解的大顆粒B2外，在未再結(jié)晶區(qū)域和再結(jié)晶區(qū)域均出現(xiàn)了納米級(jí)的B2析出物。未再結(jié)晶區(qū)域的B2析出物呈條形，而再結(jié)晶區(qū)域的B2析出物呈等軸狀。條形B2的形成可能與剪切帶促進(jìn)成核有關(guān)。條紋形B2的形成可能與剪切帶促進(jìn)成核有關(guān)。此外， TEM圖像和SAED圖也發(fā)現(xiàn)了B2周圍的μ析出。與傳統(tǒng)的單相FCC-HEAs相比，在1000℃下，再結(jié)晶在幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)完成，細(xì)小的析出相顯著延遲了再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)。

圖3 B2-HEA的顯微組織。(a) EBSD-IPF圖。(b)和(c)低放大倍率和高放大倍率BSE圖像。(d)對(duì)應(yīng)的EDS映射

圖4所設(shè)計(jì)HEAs的力學(xué)性能。(a) 1200℃和1000℃退火后的HEAs在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和斷裂的表面。(b)與其他具有少量B2相的fcc基HEAs的拉伸性能比較。(c)鑄態(tài)b2基HEA的工程壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(d)與其他NiAl-基合金的壓縮性能比較

分級(jí)結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)的多種強(qiáng)化機(jī)理（晶界強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化）是1000 °C退火合金強(qiáng)度提高的原因。至于高延展性，可歸因于延遲縮頸的分層結(jié)構(gòu)引起的可持續(xù)加工硬化行為。高屈服強(qiáng)度可歸因于晶格摩擦強(qiáng)度和固溶體強(qiáng)化的貢獻(xiàn)。得益于可持續(xù)的加工硬化行為，抗壓強(qiáng)度也遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的NiAl基合金。對(duì)于目前基于B2的HEA，軟FCC層沿著晶界分布。在變形過程中，軟相可以協(xié)調(diào)周圍晶粒的變形并抑制裂紋擴(kuò)展。因此，在高水平的持續(xù)加工硬化過程中，可以充分激發(fā)B2基體優(yōu)越的內(nèi)在變形能力。

總而言之，文章提出了一種方法，通過測(cè)量共晶的單個(gè)相組成，從現(xiàn)有的高性能過飽和HEAs中快速篩選高性能過飽和HEAs。過飽和性質(zhì)促進(jìn)了基質(zhì)和改性相的微觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了機(jī)械性能，這兩種合金驗(yàn)證了快速設(shè)計(jì)思路的合理性。共晶合金進(jìn)行合金設(shè)計(jì)的兩個(gè)必要條件，一方面，所選擇的共晶應(yīng)具有優(yōu)良的本征性質(zhì)。另一方面，硬相或軟相作為改性相可以彌補(bǔ)過飽和基體的弱點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)延展性。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。