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纳米晶体-非晶双相高熵合金实现近理论强度和大塑性形变
发布时间：2020-09-02     作者：harry   分享到：
高熵合金和金属玻璃都基于多组元合金设计理念。高熵合金通常是单相或多相晶态固溶体，其一般具备较高的延展性。具有非晶结构的金属玻璃具备高强度和较差的延展性。德国马普钢铁研究所的吴戈博士、逯文君博士、Dierk Raabe教授、中南大学的李志明教授等与香港城市大学的吕坚教授合作研究，充分发挥高熵合金与金属玻璃的各自优势，开发出了一种全新的纳米晶体-非晶双相高熵合金。在他们先前的工作中发现利用fcc-hcp双相高熵合金的相变诱发塑性可实现高强度和大延展性（Li, Z., Pradeep, K. G., Deng, Y., Raabe, D. & Tasan, C. C. Metastable high-entropy dual-phase alloys overcome the strength–ductility trade-off. Nature 534, 227-230 (2016).）；利用纳米尺寸非晶相包裹纳米晶的双相结构设计可实现近理论强度（Wu, G., Chan, K.-C., Zhu, L., Sun, L. & Lu, J. Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys. Nature 545, 80-83 (2017)）。基于此，研究人员通过调控高熵晶体相的层错能来形成超高密度纳米孪晶；同时调控玻璃相的形成能力形成包裹晶体相的非晶单元，开发出了纳米晶体-非晶双相高熵合金，其具备近理论屈服强度（G/24，G为材料的剪切模量）和超过45%应变的压缩均匀塑性形变。非晶相的均匀流变行为与晶体相内的位错运动协同作用，实现了这两相的共同均匀塑性变形。这种纳米晶体-非晶双相高熵合金设计理念为超高强高韧**材料的开发提供了一种全新方法。


相关成果以“Crystal-Glass High-Entropy Nanocomposites with Near Theoretical Compressive Strength and Large Formability”为题发表在Advanced Materials。论文作者为吴戈博士。通讯作者为逯文君博士、李志明教授和Dierk Raabe教授。其他作者还包括Shanoob Balachandran博士、Baptiste Gault博士、夏文真博士、刘畅博士、饶梓元博士生、韦业博士生、刘少飞博士生、吕坚教授、Michael Herbig博士和Gerhard Dehm教授。
文献资料连接：
//doi.org/10.1002/adma.202002619
成果速读
被大面积应用软件于增强晶态锰钢的**营销策略收录获取晶态偏差类似于**相或相应晶间相、晶界或孪晶界、固溶体中的异质共价键等。等增强制度化主要是应用于设定韧度承载力象限（位错）的带来和增加。在等增强方法步骤中，共格納米粒子溶解与相变导致韧度被得知能否同样加强锰钢的构造和延长性性，然而其情在高熵锰钢中从而保证。高熵锰钢为近十多年之久来获取的那种几组元锰钢定制以人为本，基本为单相电或多相晶态固溶体，配备条件较局限于的力学框架特点。晶态固溶体的要素使其变型制度化为位错滑移、孪生或相变，这样一来其基本配备条件高延长性性。另，借助调整部分和框架定制，高熵锰钢的构造能否能够同比加强，在这些前提下而且能否已超普通的晶态锰钢。一直以来这样一来， 高熵锰钢的抗拉构造未能能已超G/100，也许低过G/10的原理**。
硬质不锈钢金屬材料的夹丝有机钢化玻离窗为20新时代60朝代运用的另个种两组元硬质不锈钢设置宗旨。其非晶设备构造不满足滑移平台和晶状体管理采集体系中的位错，其满足**的剪截承载力G/37。不过，硬质不锈钢金屬材料的夹丝有机钢化玻离窗在温度下的弹塑性材料倾斜被**的的限制于剪截带中，以至于之所以不满足宏观角度拓展性。在硬质不锈钢金屬材料的夹丝有机钢化玻离窗中运用譬如类液态氨区或软区等异质设备构造会让剪截带的提升在弹塑性材料倾斜方式造成偏折和推迟，以至于可大大大提升硬质不锈钢金屬材料的夹丝有机钢化玻离窗的拓展性。直得需注意的是，当硬质不锈钢金屬材料的夹丝有机钢化玻离窗的尺码小于等于100 nm时，尺码滞后效应使其满足平均流变操作。来源于硬质不锈钢金屬材料的夹丝有机钢化玻离窗的本征流变操作和近些历年来来的高熵硬质不锈钢设置优势，学习师表现好几回种新一代的硬质不锈钢设置宗旨，即来源于奈米非晶态硬质不锈钢金屬材料的夹丝有机钢化玻离窗相和奈米晶态高熵相来行成一类新一代的满足**力学结构性能方面的材料。凭借在高熵Cr-Fe-Co-Ni管理采集体系中运用不过要适的夹丝有机钢化玻离窗行成原子以符合低层错能的奈米晶相与硬质不锈钢金屬材料的夹丝有机钢化玻离窗相相融而得到保证 。
这多功能不锈钢与nm结构特征设计方案方式方法除了也是可以使塑性物料较高的物料具备条件条件近软件理论难度，并也是可以进第一步给出有应该用价值量的别机械性能。列如 较高的软磁机械性能和**的热安全性（见原句填充物料）。之所以，这物料具备条件条件在高负荷微机电工程专业软件和超材料永磁铁配件中的应该用竟争力。
图文导读
图1. 纳米晶体-非晶双相高熵合金的结构和成分。
a) **平视和侧视TEM图。插图为侧视TEM样品的选区电子衍射（SAED）花样。SAED花样上的圆环特征显示纳米柱状晶具有较弱的晶体织构。晶体结构被定标为fcc，红色虚线圆标出了其相应的{1 1 1}, {2 0 0}, {2 2 0}和{3 1 1}晶面；
b) 低倍平视TEM图；
c) 从3D重构的APT数据（左）中截取2 nm厚的薄片（右），显示Cr在晶粒-晶粒间界面的一些区域有富集。这些Cr富集的区域由12 at. nm-3的Cr等浓度面显示；
d) 平视ABF-STEM图表现在三叉点和有的晶界处突然出现~1 nm厚的非晶相（较亮城市）；
e) 在(c)图箭头标志如图所示部分的1D成分表图；
f) 从(c)图上抓取的1 nm厚平视薄片的2D Cr氧浓度分散图，彰显出富Cr非晶相的分散；
g) 各分为基于22.7 at%相应18.3 at% Fe的等溶液浓度面标识出的尖晶石相和磨砂玻璃相。
图2. 微米单氯化钠晶体-非晶双相高熵合金材料的单氯化钠晶体型式。
a) **fcc柱状晶的截面LAADF-STEM图显示出1.0 ×109 m-1的超高密度纳米孪晶；
b) 额外一包含有五重nm孪晶的柱状图晶。六个孪晶界各是用TB1、TB2、TB3、TB4及及TB5透露；
c, d) 在(a)和(b)虚线框内的放缩高倍LAADF-STEM图，呈现出需小于2 nm厚的孪晶/层错/基体的片层构造。在其中，原子核的堆垛次序由“A”，“B”和“C”标志。孪晶界和层错各自由朱红色虚线和颜色实线标志。
图3. 纳米晶体-非晶双相高熵合金的力学性能。
a) 尖晶石-非晶CrCoNi-Fe-Si-B高熵包覆各种铝各种合金材料、纳米级技术晶CrCoNi-Fe-Si-B各种铝各种合金材料、纳米级技术晶CrCoNi各种铝各种合金材料及多晶硅CrCoNi各种铝各种合金材料的减小过程中能力-应力线条。纳米柱制样的初使直徑均为1 µm；
b-e) 超过岩样缩短至50%过程中应变速率后的SEM图。红颜色下箭头标记出部件剪截带(c) (e)和滑移带(d)。
图4. 微米晶胞-非晶双相高熵硬质合金的塑型发生工作机制。
a) APT和STEM实验操作的试探地方提示图；
b) APT数据的3D重构图。使用Cr原子浓度为10 at.nm-3等浓度面来标示出界面区域，显示出具有大塑性应变的“变形微米柱试样区”、“变形过渡区”（弯的柱状晶）以及“基体材料区”（直的柱状晶）；
c) 从(b)图里提取2 nm厚的横截面视图薄片的2D Cr氨水浓度布局图图，出现出在“倾斜廊坊可耐电器有限公司柱岩样区”Cr电子层有更丰度的前景；
d) ~50%应变速率试板还有优化区和基体材质的LAADF-STEM图。优化区由虚线分离出来，薄厚为~80 nm，熟知与APT数据库(b)按照组成成分标注的雷同区域性相符；
e) 衔接空间**发生晶粒度((d)图内蓝绿色上箭头表达)的高倍截面积LAADF-STEM图，显视了利用Shockley不全位错而壮大的孪晶界转迁道德行为；
f) 变形微米柱试样区**变形晶粒((d)图中红色箭头所示)的高倍截面LAADF-STEM图，显示出晶粒的孪晶密度在变形后降低为5 × 108 m-1；
g) 可塑性开裂的过程 中构成演替的举手图。不全位错(“┴”)是应该在玻离-晶体度（Grain 1, Grain 2）游戏表层处有并向晶体度中发射点，然后与纳米技术孪晶和层错彼此使用而进行去孪晶化。不全位错(“┴”)也是应该在晶体度（Grain 3）中移动，然后在玻离-晶体度游戏表层处被释放（位错湮灭）。橘红颜色和黑小球主要象征与位错数据交互性较多和少的电子层核。虚线圆框象征与位错数据交互性的电子层核的原始地位。黑和橘红颜色虚线主要象征主孪晶界和次级孪晶界。黑箭号提示了位错移动的方法。
小结
能够充分进行高熵镍钢相的低层错能和納米技术技术尺码铝锰钢属破璃相的韧度弯曲膨胀流变动作的优点，完成開發出了断合納米技术技术晶高熵相和納米技术技术尺码铝锰钢属破璃相的复合型納米技术技术单结结纳米级技术线-非晶双相高熵镍钢。这个镍钢的设计制作的核心理念能否能否根据在Cr-Fe-Co-Ni高熵基体镍钢中掺入破璃确立的设计元素B和Si来变现。有是一种納米技术技术尺码铝锰钢属破璃相包囊非常高体积体积密度納米技术技术孪晶的构造让 文件掌握4.1 GPa的非常高的力度（能否能否根据降低实验英文测定），还有就是贴近了软件说法与实践裁取的力度**。此近软件说法与实践的力度来自于有是一种多级别升星传统模式，同时双相单结结纳米级技术线-非晶构造、程序界面-位错人机交互能力、单结结纳米级技术线同时非晶相的納米技术技术级尺码单无和单结结纳米级技术线相内的非常高体积体积密度孪晶。在韧度弯曲膨胀弯曲膨胀时中，非晶相的韧度弯曲膨胀流变、单结结纳米级技术线相内的不全位错运动健身同时应力应变所导致的晶体完善让 镍钢布局兼备大过45%的均匀分布韧度弯曲膨胀弯曲膨胀。他们发觉展现了能否能否根据融入高熵镍钢、铝锰钢属破璃和納米技术技术科学性来产生有是一种新一代文件用途的优点。有是一种复合型镍钢与納米技术技术构造的设计制作措施既能否使韧度弯曲膨胀适合的文件掌握近软件说法与实践的力度，还有就是能否进一步推动一个脚印提供数据有广泛技术应用实际价值的两种特点。假如适合的软磁特点和**的热动态平衡性（见原句食用文件）。从而，有是一种文件在高反力微机械软件和槽式剩磁电子元件等域有巨大的的广泛技术应用提升空间。
选文由小说家文章投稿。