香港城大劉錦川Science：超級高熵合金，納米制造！
2018-11-27 12:02:46
作者：晴天 來源：納米人
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第一作者：T. Yang
通訊作者：C. T. Liu
通訊單位：香港城市大學
高熵合金（High-entropy alloys）簡稱HEA，是由五種或五種以上等量或大約等量金屬形成的合金。由于高熵合金可能具有許多理想的性質，因此在材料科學及工程上備受重視，廣泛研究。自古以來，金屬材料強度與塑性難以兼得。在保證塑性的前提下，提高金屬合金的強度并非易事！然而，科學家就是喜歡攻堅克難，一次又一次地打破了這一魔咒。高熵合金，就是其中的先鋒代表。
譬如，北京科技大學呂昭平教授團隊上周剛剛在Nature發表文章，他們以等原子比TiZrHfNb高熵合金為模型合金，添加適量的氧，發現間隙原子在合金中存在另外一種尚未被人們所發現的新的存在狀態——有序間隙原子復合體（ordered interstitial complexes），這是一種介于常規隨機間隙原子和陶瓷相之間的新的間隙原子存在狀態，這一有序間隙原子復合體結構能夠顯著提高合金的強度和塑性。
有鑒于此，香港城市大學C. T. Liu團隊設計了一種高塑性的多元間金屬納米顆粒，并基于此實現了兼具強度與塑性的超級高熵合金：混有Al-Ti納米顆粒的Fe-Ni-Co多元合金。
圖1. 組成設計與微結構表征
研究人員將以塑性無序多組分基體FCC型Fe-Co-Ni和塑性有序的多組分間金屬納米顆粒Al-Ti進行納米復合，實現了強度與塑性的平衡。基于這一原理，研究團隊設計了一系列超級合金，包括（FeCoNi）86-Al7Ti7 （Al7Ti7） and（FeCoNi）86-Al8Ti6 （Al8Ti6）。
研究表明，超級合金的關鍵在于組成調控，Fe-Ni-Co與Al-Ti納米顆粒可以發生反應，從而實現高熵合金的強度和塑性的同時增強，有效地避免了環境脆裂。室溫下強度最高可達1.5 GPa，塑性可達到50%受拉。經過冷加工硬化行為，有效地避免了高強度金屬的塑性不穩定行為。
總之，這項研究為高強度和高塑性的高熵合金的設計和發展，提供了新策略和新思路。
圖2. MCINP空間組成和多元特性
圖3. MCINPS在常溫下的高強度和高塑性
圖4. MCINPS在室溫下的冷加工硬化行為變形微觀機理
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責任編輯：韓鑫
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