【引言】

高熵合金是一類至少包含四種主要主要組成元素的材料。自2004年由Yeh和Cantor等人提出以來，高熵合金憑借優(yōu)異的力學(xué)性能、抗輻射損傷能力和耐磨、抗疲勞和腐蝕能力，以及熱處理過程中的顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，至今依舊受到研究者們極大的關(guān)注。通常來講，高熵合金具有簡單面心立方、體心立方或密排六方固溶體結(jié)構(gòu)。2015年至今，對高熵合金的力學(xué)性能、相預(yù)測、疲勞行為和合金設(shè)計(jì)等研究工作為高熵合金的發(fā)展和應(yīng)用做出了突出的貢獻(xiàn)，然而，對高熵合金相形成行為的研究還很有限。

【成果簡介】

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳瑞潤教授課題組在Scripta Materialia上發(fā)表了題為“A novel face-centered-cubic high-entropy alloy strengthened by nanoscale precipitates”的文章。作者引入了一種新型Co9Cr7Cu36Mn25Ni23（原子百分比）高熵合金，研究并呈現(xiàn)了該材料的力學(xué)性能、相組成顯微結(jié)構(gòu)和化學(xué)分布。為描述此類高熵合金晶體形成和納米尺度析出相形成過程中的行為，作者提出了一種原子運(yùn)動(dòng)模型。所得研究結(jié)果對發(fā)展高性能高熵合金將會有所助益。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1：Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的力學(xué)性能和晶體結(jié)構(gòu)。

（a） XRD 譜；（b） 拉伸工程應(yīng)力應(yīng)變曲線；（c） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金及其他高熵合金體系的拉伸屈服強(qiáng)度和延伸率；（d） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金及其他高熵合金體系的極限拉伸強(qiáng)度和延伸率。

圖2：X射線能譜儀得到Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的顯微結(jié)構(gòu)和元素分布圖。

（a） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的顯微結(jié)構(gòu)；（b-f） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金中Co，Cr，Cu，Mn和Ni的元素分布圖。

圖3：Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的TEM圖像。

（a） 低倍明場TEM圖像；（b） （a）圖的電子衍射斑點(diǎn)；（c） 高倍明場TEM圖像；（d） （c）圖的電子衍射斑點(diǎn)；（e-j） 高角環(huán)形暗場圖（HAADF）和相應(yīng)的Co，Cr，Cu，Mn和Ni的STEM-EDS元素分布圖。

圖4：原子運(yùn)動(dòng)模型。

（a） Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金晶體形成行為的原子運(yùn)動(dòng)模型；（b） 納米析出相的形成行為。

【小結(jié)】

作者首次研究了Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金體系，觀察到這類材料可以將拉伸屈服強(qiáng)度和延展性很好地結(jié)合起來。在這類新型高熵合金中，作者發(fā)現(xiàn)大量尺寸在3-8nm大的析出相富集在Co、Cr中，而在Cu中含量極少。作者進(jìn)一步推斷，約419MPa的附加強(qiáng)度是由納米顆粒和基體直降的晶格錯(cuò)配和剪切模量錯(cuò)配引起的?？偫鞆?qiáng)度為700MPa，說明也可以通過固溶強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化機(jī)制實(shí)現(xiàn)合金的強(qiáng)化。

基于X射線能譜儀分析和高熵合金的晶體形成行為的研究，作者發(fā)現(xiàn)高熔點(diǎn)元素偏向于作為初晶相析出，而低熔點(diǎn)元素則隨著溫度降低析出并附著于初晶相上。此外，隨著溫度降低，一部分Co和Cr從過飽和固溶體中析出并形成析出相。析出相生長到幾納米大小，收到緩慢擴(kuò)散效應(yīng)的阻礙無法進(jìn)一步長大，從而形成了納米析出相。

文獻(xiàn)鏈接：A novel face-centered-cubic high-entropy alloy strengthened by nanoscale precipitates（Scripta Mater.,2019,DOI: 10.1016/j.scriptamat.2019.07.008）

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