金属研究所陆磊的最新科学:高熵合金

01【引言】

高熵合金(HEAs),或含有多个主元素的合金,具有接近无限的多组分相空间,可以产生不寻常的力学性能。一些单相HEAs通过调整其化学复杂性而产生了内在的浓度不均匀性,从而实现了良好的强度和延展性、高加工硬化和特殊的损伤容限。此外,设计由梯度晶粒尺寸、纳米团簇、多相等组成的空间异质微观结构,也可以使HEAs获得与传统异质结构金属材料类似的优异性能。然而,大多数HEAs仍然存在传统金属材料的长久强度-延展性悖论。HEAs的强度和延展性存在权衡,因为迄今报道的HEAs的基本塑性变形特征和机制与传统金属相似。在传统金属中,完全位错和与不同结构缺陷相互作用,如高角度晶界(HAGBs)或孪晶界(TBs)。由于化学短程有序(SRO)和空间可变堆积断层能(SFE)在原子尺度上的局部不均匀性,在高浓度固溶体的HEAs中发现了一些不寻常的位错行为。

02【成果简介】

今日,在中国科学院金属研究所卢磊研究员团队等人带领下,在具有面心立方结构的稳定单相HEA中可控地引入了梯度纳米位错胞结构,从而在不明显丧失延展性的情况下提高了强度。在施加应变时,样品级的结构梯度诱导了高密度的微小堆垛层错(SFs)和孪晶的逐步形成,从大量的低角度位错胞成核。此外,SF诱导的塑性和由此产生的精细结构,加上密集积累的位错,有助于塑性、强度增加和加工硬化。这些发现为在纳米尺度上用梯度位错胞定制特性提供了一个有前景的范例,并促进了研究人员对HEAs内在变形行为的基本理解。相关成果以题为“Gradient cell–structured high-entropy alloy with exceptional strength and ductility”发表在了Science

03【图文导读】

图1 梯度位错结构的典型微观结构和结构梯度

图2 GDS Al0.1CoCrFeNi HEA的力学性能

图3 GDS Al0.1CoCrFeNi HEA在3%拉伸应变下的变形微观结构

图4 GDS Al0.1CoCrFeNi HEA在单轴拉伸时40%拉伸应变下的变形特征和原位中子衍射测量

04【产品推荐】

今天Science还报道了其他材料科研进展,我们均已收录入材料人产品库。

1、用于分子散射的量子机械双缝

研究驱动所有分子相互作用的基本量子原理将提高操纵微观世界的能力,其潜在应用范围从分子工程到量子计算机的实现。

2、高滑动面密度带来的强度

位错、堆垛层错和孪晶界等晶体缺陷可以赋予金属良好的机械性能,这似乎有悖常理。

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