高熵合金進展匯總
2024-08-29 14:19:39
作者：材料人 來源：材料人
分享至：
材料人網產品板塊致力于收錄有價值的新材料成果。歡迎課題組和企業前往網站發布。近期產品庫收錄的關于高熵合金的新思路、新方法如下，部分成果摘錄自高校及科研單位官網報道。
北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平、吳淵教授團隊與北京高壓科學研究中心曾橋石研究員合作，提出了一種新方法，通過高溫高壓手段，直接將鋁基CCA中的多種脆性相轉變為單相延性固溶體。成功開發出一種單相FCC結構的鋁基CCA，Al55Mg35Li5Zn5，其密度低至2.40g/cm3（低于大多數鋁合金 ~ 2.8g/cm3），比屈服強度達到344×103N·m/kg（目前鋁基合金通常約為200×103N·m/kg）。分析表明，單相CCA的形成歸因于高壓下溶質元素與鋁之間原子尺寸和電負性差異的減少，以及高溫高壓條件下的協同高熵效應。超高的強度來自于單一FCC晶格中多種元素導致的固溶強化，以及納米級化學波動引起的位錯釘扎效應。相關工作以 “Lightweight single-phase Al-based complex concentrated alloy with high specific strength”為題在線發表在《Nature Communications》上。論文第一作者為博士生韓明亮。澳大利亞阿德萊德大學謝宗翰和陳玉潔團隊和悉尼大學安祥海團隊成功研發了一種氮過飽和的高熵合金，該合金在機械性能方面表現出色。這項研究的核心是將含量高達28.9 at.% 的氮原子引入Fe50Mn30Co10Cr10高熵合金中，從而實現顯著的固溶強化和相結構調整效果。盡管氮含量極高，這些合金仍保持固溶體相態，未形成氮化物。隨著氮含量的增加，合金的微觀結構經歷了從單一面心立方（FCC）相到雙相結構（FCC和六方密排（HCP）相），再回到主要為FCC相的轉變。該合金表現出高達20 GPa的硬度，這一數值接近于陶瓷材料的硬度，但同時保持了優異的抗損傷性能和塑性變形能力。研究表明，這些卓越的機械性能歸因于高氮含量帶來的大規模固溶強化、層級雙相結構以及應力誘導的FCC到HCP相變及孿生。與傳統氮化物的脆性不同，這些氮過飽和高熵合金展現出類似于金屬材料的顯著塑性變形能力，為提升合金的機械性能開辟了新的途徑。本研究成果以“Interstitial Engineering Enabling Superior Mechanical Properties of Nitrogen-Supersaturated Fe50Mn30Co10Cr10 High-Entropy Alloys“ 為題發表在國際著名期刊《Acta Materialia》上。論文第一作者為澳大利亞阿德萊德大學的陳玉潔博士，通訊作者為Jisheng Ma博士（莫納什大學）和安祥海博士（悉尼大學）。其他作者還包括林悅鋮博士生（阿德萊德大學）、Yvonne Hora（莫納什大學）、Ashley Slattery博士（阿德萊德大學）、周志烽博士（香港城市大學）和謝宗翰教授（阿德萊德大學）。北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室合金設計與模擬梯隊呂昭平、吳淵教授團隊與浙江大學合作者王宏濤、劉嘉斌教授等在《Nature Communications》上發表題為“Elastic strain-induced amorphization in high-entropy alloys”的文章。
彈性穩定性是晶體固體對外部刺激的結構響應的基礎，包括熔化、初期塑性和斷裂。這項工作中，呂昭平課題組與浙江大學聯合提出，利用原位力學測試和透射電子顯微鏡的原子分辨率表征，研究一系列高熵合金(HEAs)的彈性穩定性。在拉伸載荷作用下，當彈性應變達到~10%時，HEA晶格的有序性突然消失。這種彈性應變誘導的非晶化，與先前報道的位錯介導的彈性不穩定和缺陷積累介導的非晶化形成對比。結合第一性原理計算和原子分辨率化學映射，發現彈性應變誘導的非晶化與HEAs的局部原子環境不均勻性導致的位錯成核抑制密切相關。本項研究結果詮釋了彈性不穩定性和初期塑性等物理力學現象的基本性質。
南京理工大學材料學院納米異構材料中心團隊在高強韌多主元中熵合金設計研究方向取得新進展，在《Science Advances》上發表了題為《Ultrastrong and ductile medium-entropy alloys via hierarchical ordering》的研究論文。納米異構材料中心團隊研究人員提出分級有序相強韌化新理念，通過分級有序化在單相面心立方結構Ni2CoFeV中熵合金中逐步引入三方晶體結構的κ有序相和立方結構的L12有序相來同時實現超高強度和優異塑性。添加過量Ni元素主要目的：一是穩定基體面心立方相，二是增加合金整體的價電子濃度，從而增強中溫下κ相析出的驅動力。由于Ni-V，Co-V原子對之間具有較負的混合焓，導致Co，Ni，V原子之間存在較強的相互作用，從而形成了由不同成分組成的分級有序相彌散分布在無序fcc基體中（圖1），最終使合金具有GPa級屈服強度和超過1.6 GPa的抗拉強度，同時在室溫下保持了30%的優異塑性（圖2）。微觀結構表征揭示了在三相Ni2CoFeV中熵合金內同時激活多種變形機制，增強變形過程中的加工硬化能力，延遲拉伸頸縮失穩，從而獲得優異的塑性。中南大學材料科學與工程學院李周教授和龔深教授等人提出了一種雙尺度互穿網絡設計策略，開發出雙尺度CrMnFeCoNi/聚合物互穿相復合材料（IPCs）。在宏觀尺度下，以具有熱彈性馬氏體相變和連通孔隙的Cr20Mn20Fe20Co35Ni5（at.%）高熵形狀記憶合金（HESMA）泡沫為骨架，將負載CrMnFeCoNi納米合金的碳納米管（CrMnFeCoNi@CNTs）與聚氨酯/環氧樹脂互穿聚合物網絡（PU/EP IPN）組成的復合體滲入到連通孔隙中，形成HESMA泡沫/聚合物互穿網絡結構。該結構既能有效減輕阻尼合金的重量，又能彌補聚合物強度低和尺寸穩定性差的缺點，還在互穿相之間形成了高密度的界面。此外，HESMA和聚合物的結構完整性和連續性允許它們發揮各自的阻尼機制，通過疊加多重阻尼實現寬頻域和寬溫域內的高阻尼能力。在微觀尺度下，形成高熵納米合金/CNT/聚合物互穿網絡結構能大幅增加聚合物內界面，提高其剛度和強度，拓寬其阻尼溫域，還能在聚合物中形成連通的導熱網絡提高熱能耗散能力。
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。
