中科院金屬所盧磊Science：具有優異強度和延展性的梯度結構高熵合金

木文韜 2年前 (2021-11-19) 6818瀏覽

【引言】

高熵合金（HEAs），或含有多個主元素的合金，具有接近無限的多組分相空間，可以產生不尋常的力學性能。一些單相HEAs通過調整其化學復雜性而產生了內在的濃度不均勻性，從而實現了良好的強度和延展性、高加工硬化和特殊的損傷容限。此外，設計由梯度晶粒尺寸、納米團簇、多相等組成的空間異質微觀結構，也可以使HEAs獲得與傳統異質結構金屬材料類似的優異性能。然而，大多數HEAs仍然存在傳統金屬材料的長久強度-延展性悖論。HEAs的強度和延展性存在權衡，因為迄今報道的HEAs的基本塑性變形特征和機制與傳統金屬相似。在傳統金屬中，完全位錯和與不同結構缺陷相互作用，如高角度晶界（HAGBs）或孿晶界（TBs）。由于化學短程有序（SRO）和空間可變堆積斷層能（SFE）在原子尺度上的局部不均勻性，在高濃度固溶體的HEAs中發現了一些不尋常的位錯行為。

【成果簡介】

今日，在中國科學院金屬研究所盧磊研究員團隊等人帶領下，在具有面心立方結構的穩定單相HEA中可控地引入了梯度納米位錯胞結構，從而在不明顯喪失延展性的情況下提高了強度。在施加應變時，樣品級的結構梯度誘導了高密度的微小堆垛層錯（SFs）和孿晶的逐步形成，從大量的低角度位錯胞成核。此外，SF誘導的塑性和由此產生的精細結構，加上密集積累的位錯，有助于塑性、強度增加和加工硬化。這些發現為在納米尺度上用梯度位錯胞定制特性提供了一個有前景的范例，并促進了研究人員對HEAs內在變形行為的基本理解。相關成果以題為“Gradient cell–structured high-entropy alloy with exceptional strength and ductility”發表在了Science。