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浙大&北科大&港城大聯(lián)手發(fā)表材料頂級(jí)期刊：提升高熵合金延展性新思路！

2021-04-19 11:47:26 作者：材料科學(xué)與工程來源：材料科學(xué)與工程分享至：

近年來，由多種主要組成元素組成的高熵合金設(shè)計(jì)理念的提出打破了傳統(tǒng)單一或兩主元合金設(shè)計(jì)空間狹隘的限制，一系列具備優(yōu)異力學(xué)性能的高熵合金相繼涌現(xiàn)。高熵合金中復(fù)雜化學(xué)成分對(duì)其力學(xué)行為，尤其是對(duì)本征脆性體心立方結(jié)構(gòu)合金塑性的影響一直是金屬結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)問題。

近日，浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心楊衛(wèi)院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京科技大學(xué)呂昭平教授團(tuán)隊(duì)和香港城市大學(xué)陸洋教授團(tuán)隊(duì)，對(duì)等原子比的體心立方結(jié)構(gòu)的HfNbTiZr高熵合金中由于局部成分起伏引起的韌化機(jī)制進(jìn)行了深入研究。相關(guān)工作以題為L(zhǎng)ocal chemical fluctuation mediated ductility in body-centered-cubic high-entropy alloys發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Materials Today》上（影響因子26.4）。浙江大學(xué)和北京科技大學(xué)開展了長(zhǎng)期合作，浙江大學(xué)劉嘉斌副教授和王宏濤教授、香港城市大學(xué)陸洋教授和北京科技大學(xué)呂昭平教授為論文通訊作者。更多精彩專業(yè)視頻請(qǐng)抖音搜索：材料科學(xué)網(wǎng)。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.02.022

研究團(tuán)隊(duì)利用三維原子探針層析技術(shù)和原子級(jí)分辨率的掃描透射電子顯微技術(shù)觀察到了高熵合金中存在原子尺度范圍的化學(xué)成分漲落。進(jìn)一步地，研究人員利用原位透射電子顯微技術(shù)捕捉到了HfNbTiZr在變形過程中，內(nèi)部位錯(cuò)與這些局部化學(xué)漲落之間的動(dòng)態(tài)交互作用。局部化學(xué)漲落引起局部位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力的漲落，進(jìn)而觸發(fā)交滑移、位錯(cuò)釘扎和增殖等多種位錯(cuò)機(jī)制。位錯(cuò)釘扎對(duì)于合金屈服強(qiáng)度的提升具有重要意義，但是單一的釘扎導(dǎo)致材料塑性下降。

在高熵合金中由于局部化學(xué)漲落帶來的位錯(cuò)釘扎還同時(shí)伴隨位錯(cuò)增殖，使材料具有高密度的可動(dòng)位錯(cuò)，顯著提升了塑性。此外，由于局部化學(xué)漲落帶來的局部位錯(cuò)滑移勢(shì)壘的變化，引起位錯(cuò)在合金中不同位置上滑移時(shí)傾向的最易滑移面也會(huì)隨之變化，這使得HfNbTiZr中的位錯(cuò)頻繁地發(fā)生局部雙交滑移。局部雙交滑移可以將位錯(cuò)線分布在空間中的各個(gè)原子平面上，避免了由于在某一原子平面上位錯(cuò)塞積導(dǎo)致局部應(yīng)力集中等問題，提高了高熵合金塑性變形的均勻性，延緩了斷裂。

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圖（1）利用高分辨掃描透射電子顯微技術(shù)和三維原子探針層析技術(shù)表征HfNbTiZr合金中的局部化學(xué)漲落。

圖（2）利用原位透射電子顯微技術(shù)揭示HfNbTiZr高熵合金變形過程中位錯(cuò)與局部化學(xué)漲落之間的交互作用。

圖（3）原位透射電子顯微技術(shù)捕捉到的HfNbTiZr高熵合金中由于位錯(cuò)受局部化學(xué)漲落釘扎產(chǎn)生的位錯(cuò)環(huán)的擴(kuò)展、融合和滑移。

圖（4）利用高分辨掃描透射電子顯微技術(shù)表征HfNbTiZr高熵合金中位錯(cuò)釘扎點(diǎn)處的局部化學(xué)漲落以及伴隨的局部晶格應(yīng)變波動(dòng)。

圖（5）利用原位透射電子顯微技術(shù)表征HfNbTiZr高熵合金中受局部化學(xué)漲落影響導(dǎo)致的局部位錯(cuò)雙交滑移。

總的來說，研究團(tuán)隊(duì)利用原位透射電子顯微技術(shù)結(jié)合高分辨掃描透射電子顯微技術(shù)和三維原子探針層析技術(shù)研究了高熵合金這種復(fù)雜合金體系中化學(xué)成分對(duì)位錯(cuò)行為的影響，揭示了高熵合金中由局部化學(xué)漲落介導(dǎo)的韌化機(jī)制，為未來高性能合金的設(shè)計(jì)點(diǎn)明了新的思路。

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