北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平團隊發現高熵合金的多形性轉變。國際學術期刊《自然 • 通訊》以研究論文的形式于 2017 年 6 月 1 日在線發表了這一研究新進展。

晶體材料中相同成分條件下的點陣結構發生變化即多形轉變是一種奇妙的物理現象，這其中蘊藏著深刻的物理學意義。近年來，作為一種新的合金設計理念，等 / 近原子比的多主元成分的高熵合金由于所形成的單一固溶體結構，展現出獨特的物理和力學性能，引起材料學者的極大興趣。在這其中，CoCrFeMnNi 作為一種典型的單一面心立方（FCC）晶體結構，其優異的低溫斷裂韌性，延展性和抗氫脆性等而成為研究熱點，而且被認為還具有極高的相穩定性。然而，CoCrFeMnNi 高熵合金的相結構在室溫下真的穩定嗎？

最近，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊與北京高壓科學研究中心曾橋石研究員合作，利用原位高溫高壓同步輻射技術對CoCrFeMnNi 典型的高熵合金進行系統研究（圖 1），發現該合金在加壓過程中存在 FCC-HCP（密排六方）的多形性轉變現象（圖 2），而且卸載后，HCP相基本保存下來（圖 3）。在此基礎上，該團隊又利用原位高溫高壓同步輻射技術，對 FCC 和 HCP 結構在不同溫度、壓力條件下的穩定性做了進一步研究。結果表明，FCC 為高溫穩定相，HCP 為低溫穩定相（圖 4）。本研究成果不但澄清了 CoCrFeMnNi 高熵合金中 FCC 結構穩定性的問題，還提供了一條新的調控高熵合金組織性能的途徑。與此同時，該團隊不僅在 CoCrFeMnNi 這一經典的 FCC 體系中發現壓力下的多形性轉變，還在其他合金體系中發現類似的現象，這表明壓力作為一個全新的維度可以為高熵合金的穩定性和相結構調控打開另一扇門。

圖文導讀

圖1：原位高壓同步輻射X射線裝置圖

圖2：原位加壓卸壓過程中X射線衍射譜

圖3：原位加壓卸壓過程中FCC與HCP兩相體積分數關

圖4：CoCrFeMnNi HEA的FCC與HCP相的亞穩定溫度壓力邊界示意圖

文獻鏈接：Polymorphism in a high-entropy alloy（DOI:10.1038/ncomms15687）