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香港城大劉錦川Science：超級(jí)高熵合金，納米制造！

2018-11-27 12:02:46 作者：晴天來(lái)源：納米人分享至：

第一作者：T. Yang

通訊作者：C. T. Liu

通訊單位：香港城市大學(xué)

高熵合金（High-entropy alloys）簡(jiǎn)稱HEA，是由五種或五種以上等量或大約等量金屬形成的合金。由于高熵合金可能具有許多理想的性質(zhì)，因此在材料科學(xué)及工程上備受重視，廣泛研究。自古以來(lái)，金屬材料強(qiáng)度與塑性難以兼得。在保證塑性的前提下，提高金屬合金的強(qiáng)度并非易事！然而，科學(xué)家就是喜歡攻堅(jiān)克難，一次又一次地打破了這一魔咒。高熵合金，就是其中的先鋒代表。

譬如，北京科技大學(xué)呂昭平教授團(tuán)隊(duì)上周剛剛在Nature發(fā)表文章，他們以等原子比TiZrHfNb高熵合金為模型合金，添加適量的氧，發(fā)現(xiàn)間隙原子在合金中存在另外一種尚未被人們所發(fā)現(xiàn)的新的存在狀態(tài)——有序間隙原子復(fù)合體（ordered interstitial complexes），這是一種介于常規(guī)隨機(jī)間隙原子和陶瓷相之間的新的間隙原子存在狀態(tài)，這一有序間隙原子復(fù)合體結(jié)構(gòu)能夠顯著提高合金的強(qiáng)度和塑性。

有鑒于此，香港城市大學(xué)C. T. Liu團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種高塑性的多元間金屬納米顆粒，并基于此實(shí)現(xiàn)了兼具強(qiáng)度與塑性的超級(jí)高熵合金：混有Al-Ti納米顆粒的Fe-Ni-Co多元合金。

圖1. 組成設(shè)計(jì)與微結(jié)構(gòu)表征

研究人員將以塑性無(wú)序多組分基體FCC型Fe-Co-Ni和塑性有序的多組分間金屬納米顆粒Al-Ti進(jìn)行納米復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的平衡。基于這一原理，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列超級(jí)合金，包括（FeCoNi）86-Al7Ti7 （Al7Ti7） and（FeCoNi）86-Al8Ti6 （Al8Ti6）。

研究表明，超級(jí)合金的關(guān)鍵在于組成調(diào)控，F(xiàn)e-Ni-Co與Al-Ti納米顆粒可以發(fā)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)高熵合金的強(qiáng)度和塑性的同時(shí)增強(qiáng)，有效地避免了環(huán)境脆裂。室溫下強(qiáng)度最高可達(dá)1.5 GPa，塑性可達(dá)到50%受拉。經(jīng)過(guò)冷加工硬化行為，有效地避免了高強(qiáng)度金屬的塑性不穩(wěn)定行為。

總之，這項(xiàng)研究為高強(qiáng)度和高塑性的高熵合金的設(shè)計(jì)和發(fā)展，提供了新策略和新思路。