近日，浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心聯(lián)合德國馬普鋼鐵研究所提出了運用高熵合金 （HEA） 概念設(shè)計新型高性能密排六方（HCP）合金的理念。相關(guān)成果以“Nonbasalslip systems enable a strong and ductilehexagonal-close-packed high-entropyphase” 為 題 發(fā) 表 在《Physical ReviewLetters》雜志上。交叉力學(xué)中心博士生卜葉強和馬普鋼鐵研究所李志明博士為共同第一作者，交叉力學(xué)中心王宏濤教授、劉嘉斌副教授和馬普鋼鐵研究所Dierk Raabe 教授為共同通訊作者，共同作者還有交叉力學(xué)中心的楊衛(wèi)院士。

Mg、Ti 等 HCP 金屬具有獨特的物理化學(xué)力學(xué)性能，在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和國民社會經(jīng)濟上具有重要地位。尤其是Mg 以其地球儲量豐富、輕質(zhì)高強性質(zhì)被譽為 21 世紀最有前途的工程材料。然而與面心立方和體心立方結(jié)構(gòu)的金屬相比，傳統(tǒng) HCP 金屬滑移系較少，其塑性較差，極大地限制了生產(chǎn)加工制造。HCP 金屬所能開啟的滑移系與其晶體結(jié)構(gòu)的軸比密切相關(guān)，對于軸比較大的金屬如 Mg、Zn 等，其內(nèi)部位錯主要在基面上滑移；而對于軸比較小的金屬如Ti、Zr 等，其內(nèi)部位錯主要在柱面上滑移。這種位錯單一地在基面或者柱面上的滑移難以實現(xiàn)材料的均勻塑性變形。調(diào)控 HCP 金屬的軸比以激活錐面位錯滑移是獲得高性能 HCP 金屬的關(guān)鍵。已有研究表明，添加適當?shù)暮辖鹪厥钦{(diào)控HCP 軸比的有效方法。傳統(tǒng)合金設(shè)計中溶質(zhì)濃度有限，因此軸比的調(diào)控范圍較小。高熵合金設(shè)計思路打破了傳統(tǒng)合金單一主元束縛，含有多種主要元素，其合金元素濃度遠高于傳統(tǒng)合金，顯著拓展了 HCP 軸比的調(diào)控范圍。研究團隊發(fā)現(xiàn) Fe 50 Mn 30 Co 10 Cr 10 高熵合金中 HCP 相表現(xiàn)出很好的塑性變形能力，X 射線衍射結(jié)果表明該 HCP 相的軸比顯著低于理論值。通過透射電子顯微鏡原位拉伸實驗，發(fā)現(xiàn)該 HCP 相在變形過程中錐面滑移系的位錯運動活躍。基于大量的透射電子顯微鏡表征，統(tǒng)計出該 HCP 相中包含高達 31% 的非基面位錯。

基于該合金設(shè)計方法，有望運用高熵合金思路對傳統(tǒng) HCP 金屬進行軸比的大幅調(diào)整，開發(fā)出高韌性高成型能力的新型 HCP 合金。

圖文導(dǎo)讀

圖1：原位透射電子顯微鏡表征表明HCP相中的非基面位錯滑移被激活。

圖2：非原位透射電子顯微鏡表征表明HCP相中存在大量非基面位錯。

圖3：通過與傳統(tǒng)鎂、鈦合金的比較，表明高熵HCP相因其含高溶質(zhì)濃度使得軸比得到大幅調(diào)整處在能

夠激發(fā)多滑移系的區(qū)域。

浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心由楊衛(wèi)院士牽頭創(chuàng)建。中心以力學(xué)為牽引，實現(xiàn)各學(xué)科交叉融合，孕育新的學(xué)科增長點，研究方向包括力學(xué)與人工智能交叉、力學(xué)與材料基因交叉以及力學(xué)與電子信息交叉，形成基礎(chǔ)研究，工程應(yīng)用和前沿技術(shù)三大特色。

原文鏈接：https://journals.aps.org/prlabstract/10.1103/PhysRevLett.122.075502