{首页主词},&

北科大呂昭平團(tuán)隊(duì)《JMST》：交滑移提升中熵合金塑性變形能力！

2022-09-07 11:10:05 作者：材料科學(xué)與工程來源：材料科學(xué)與工程分享至：

HCP金屬在工程應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，近年來，人們對(duì)提高HCP合金延性進(jìn)行了大量的研究，降低基礎(chǔ)I1層錯(cuò)能(SFE)(即本征層錯(cuò)之一)和調(diào)整軸向比c/a可以有效激活<c+a>位錯(cuò)(即錐體位錯(cuò))。此外，<c+a>位錯(cuò)的滑移能自行提供五個(gè)獨(dú)立的滑移系統(tǒng)，滿足泰勒-馮-米塞斯準(zhǔn)則因此，在這些HCP合金中促進(jìn)塑性流動(dòng)，最終在拉伸下獲得高塑性。

然而，來自北科大呂昭平等人發(fā)現(xiàn)Hfx(ZrTi)100-x 中熵合金(MEAs)不隨Hf的加入而降低，但顯著提高了合金的拉伸延性。與上述傳統(tǒng)觀點(diǎn)不同，系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合第一原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)，基底I2 SFE(即另一種固有層錯(cuò)或變形層錯(cuò)）的增加和柱狀層錯(cuò)能量的降低有效地促進(jìn)了交叉滑移，從而增加了<c+a>位錯(cuò)的來源。這篇文章提供了另一種改善HCP合金塑性變形的機(jī)制，這可能有助于開發(fā)先進(jìn)的HCP合金。相關(guān)論文以題“Enhanced plastic deformation capacity in hexagonal-close-packed medium entropy alloys via facilitating cross slip”發(fā)表在JMST。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.05.059

圖1HCP單晶胞中典型滑移面和取向示意圖(a)。用于計(jì)算各種滑移系統(tǒng)的SFE的初始和位移超晶胞示意圖:(b){0001} <11-20>和(c){10-10} <11-20>。紅線表示滑動(dòng)的平面。增加了15 ?的真空寬度，以避免由于周期性圖像造成的交互。

第一性原理計(jì)算基于密度泛函理論，使用維也納從頭開始模擬包中實(shí)現(xiàn)的投影機(jī)增強(qiáng)波方法。計(jì)算得到每個(gè)原子的總能量收斂為1 meV，動(dòng)能截止值為350 eV。

圖2(a) (e)Hf0，(b)(f) Hf20，(c)(g)Hf33和(d)(h) Hf40的SEM圖和亮場(chǎng)TEM圖像。插圖顯示相應(yīng)的SAED模式。(i) Hf40在HCP板條內(nèi)部Hf、Zr、Ti原子分布的3D APT重構(gòu)

Hf含量較高的MEA顯示出更穩(wěn)定的應(yīng)變硬化，特別是Hf40 MEA具有顯著的塑性變形能力。隨著Hf的增加，由于Hf的原子半徑大，c和a值都增加了。然而，軸向比c/a只是略有變化。所有的MEA都構(gòu)成了Widmanst?tten薄片結(jié)構(gòu)，馬氏體板條的尺寸從幾十納米到幾微米不等。薄片結(jié)構(gòu)的形成與六方晶體結(jié)構(gòu)固有的各向異性有關(guān)。在3D重建中沒有觀察到明顯的元素分離，表明所有元素的均勻分布。

圖3在不同雙束條件下，2%預(yù)應(yīng)變Hf0(a1-b2)、Hf20 (c1-d2)和Hf40 (e1-f2)樣品的形貌和位錯(cuò)類型。(g) (e2)中白色圓圈突出顯示的位錯(cuò)放大圖。(h) <c+a>位錯(cuò)的放大圖，在(f2)中用紅色圓圈突出顯示。

Hf0中的位錯(cuò)表現(xiàn)出典型的平面滑移模式，并隨著Hf的增加逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼜?qiáng)烈和波浪形的滑移線，表明交叉滑移行為逐漸增強(qiáng)。階梯形<c+a>位錯(cuò)的兩條直線段與斜接段之間的角度約為28°，接近棱柱平面與一階錐面之間的角度。因此，可以推測(cè)<c+a>位錯(cuò)可能在棱柱面（例如{10-10}平面）和一階錐面（例如{10-11}平面）之間具有雙交叉滑動(dòng)。

圖5 <c+a>錐體滑移系統(tǒng)位錯(cuò)源的演化。(a) 位錯(cuò)在基面上發(fā)生滑移，(b) 位錯(cuò)在棱鏡面上發(fā)生交叉滑移，(c)形成<c+a>位錯(cuò)連接，(d) <c+a>位錯(cuò)在錐體面上發(fā)生交叉滑移。

可以看出，<a>位錯(cuò)最初在基平面上滑動(dòng)，并逐漸交叉滑落到棱鏡平面上。因此，這種特殊的位錯(cuò)可以與棱鏡平面上的<c>位錯(cuò)連接，形成<c+a>位錯(cuò)結(jié)，并最終交叉滑到錐面。顯然，我們的結(jié)果表明，<a>位錯(cuò)的交叉滑可以通過增加I2 SFE來增強(qiáng)，而Hf的添加導(dǎo)致棱柱形SFE的降低，最終促進(jìn)了<c+a>位錯(cuò)。

綜上所述，Hf對(duì)HCP Hfx（ZrTi）100-xMEA的加工硬化和力學(xué)性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究。結(jié)果表明，增加Hf含量可以增加I2 SFE并降低棱柱SFE，從而增強(qiáng)交叉滑移并促進(jìn)錐形位錯(cuò)。因此，隨著Hf的增加，這些HCP合金的延展性和加工硬化能力明顯提高。目前的工作為進(jìn)一步提高HCP材料的延展性和加工硬化提供了另一種有用的方法，通過調(diào)整SFE來增強(qiáng)交叉滑移，從而增強(qiáng)錐形位錯(cuò)。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。