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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。
整形论文的链接：
//doi.org/10.1002/adma.202002619
成果速读
被诸多关键用途于升星晶态锰钢的**攻略 是指转化晶态障碍类似于**相或涉及到的晶间相、晶界或孪晶界、固溶体中的异质氧分子等。那些升星工作新机制关键特征提取操控韧度压扁搭建摸块（位错）的行成和增值率。在那些升星手段中，共格nm颗粒状进行析出与相变引发韧度压扁被断定可同样加强锰钢的程度和延伸性，且也能在高熵锰钢中获得确保。高熵锰钢为近10年来转化的一种生活多个元锰钢来设计的企业理念，大部分为二相或多相晶态固溶体，具有较适切的热学能。晶态固溶体的要素使其压扁工作新机制为位错滑移、孪生或相变，往往其大部分具有高延伸性。额外，实现优化加强化学成分和机构来设计的，高熵锰钢的程度可获得幅宽上加强，在那些现象下因此可可超过了老式的晶态锰钢。既然既然如此， 高熵锰钢的切剪程度未能能可超过了G/100，已经达不到G/10的方法论**。
塑料磨砂安全安全夹丝夹层玻离钢为20世经60年间引出的另外一个种多个元耐热不锈钢设定企业心理。其非晶格局不掌握滑移系统软件和氯化钠晶体管理体制中的位错，其掌握**的剪接硬度G/37。其实，塑料磨砂安全安全夹丝夹层玻离钢在恒温下的塑型和断裂被**的控制于剪接带中，但是通常会不掌握宏观经济延长性。在塑料磨砂安全安全夹丝夹层玻离钢中引出诸如此类类等离子态区或软区等异质格局可以让剪接带的升值在塑型和断裂的时候发生的偏折和延迟，但是可大幅度从而提高塑料磨砂安全安全夹丝夹层玻离钢的延长性。比较适合特别注意的是，当塑料磨砂安全安全夹丝夹层玻离钢的规格不低于100 nm时，规格反应使其掌握透亮流变操作举动。立于塑料磨砂安全安全夹丝夹层玻离钢的本征流变操作举动和近两年前的高熵耐热不锈钢设定特点，探究者展示台没事种新一代 的耐热不锈钢设定企业心理，即立于奈米非晶态塑料磨砂安全安全夹丝夹层玻离钢相和奈米晶态高熵相来养成的一种新一代 的掌握**运动学安全性能的装修材料。顺利通过在高熵Cr-Fe-Co-Ni管理体制中引出适度磨砂安全安全夹丝夹层玻离钢养成稀土元素以提升低层错能的奈米晶相与塑料磨砂安全安全夹丝夹层玻离钢相相融而而非实现目标。
在这类新式的铝合金与奈米型式规划做法既需要使弹塑性较高的板材遵循近理论上力度，还有需要进每一步可以提供有选用的价值的所有效能。列如 较高的软磁效能和**的热安全可靠性处理（见阅读答案摄入板材）。对此，在这类板材遵循在高负载微机电专业系统化和柔软性带磁元器件中的选用价值。
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图显视在三叉点和一些晶界处出现了~1 nm厚的非晶相（较亮区域中）；
e) 在(c)图箭头标志下图区域环境的1D组成图；
f) 从(c)图内提取的1 nm厚平视薄片的2D Cr酸度分散区图，屏幕上显示出富Cr非晶相的分散区；
g) 分离按照22.7 at%和18.3 at% Fe的等质量浓度面觉得出的结晶体相和有机玻璃相。
图2. nm单晶状体-非晶双相高熵耐热合金的单晶状体结构设计。
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) 同时有一个含五重纳米级孪晶的柱形晶。四个孪晶界分开 用TB1、TB2、TB3、TB4还有TB5标识；
c, d) 在(a)和(b)虚线框内的增加高倍LAADF-STEM图，表示出不大于2 nm厚的孪晶/层错/基体的片层组成部分。其中的，氧分子的堆垛次序由“A”，“B”和“C”标贴。孪晶界和层错分开 由桔红色虚线和紫色实线标贴。
图3. 纳米晶体-非晶双相高熵合金的力学性能。
a) 结晶体-非晶CrCoNi-Fe-Si-B高熵和好镁碳素钢、奈米晶CrCoNi-Fe-Si-B镁碳素钢、奈米晶CrCoNi镁碳素钢各类单晶硅CrCoNi镁碳素钢的压缩视频工程施工剪切力-应对线条。纳米柱制样的初期直徑均为1 µm；
b-e) 不低于制样解压缩至50%工程建设应对后的SEM图。橘红色上箭头标贴出部位分割带(c) (e)和滑移带(d)。
图4. 微米氯化钠晶体-非晶双相高熵硬质合金的延性倾斜体制。
a) APT和STEM测试的观测地址示幼儿小班教案图；
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)图示提取2 nm厚的受力视图薄片的2D Cr酸度匀称图，表现出在“变弯纳米柱试件区”Cr共价键有更含有的上升趋势；
d) ~50%应对坯料或者接合区和基体资料的LAADF-STEM图。接合区由虚线分格，钢板厚度为~80 nm，数据文件与APT数据文件(b)会根据部分标志的相似地区统一；
e) 作为衔接部位**磨损晶粒度((d)下图黄色方向箭头如下图所示)的高倍横截面LAADF-STEM图，体现 了能够 Shockley不全位错而不断发展的孪晶界迁徙方式；
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) 弹加工硬化几率操作过程中节构演变的展示图。不全位错(“┴”)都可能在玻离-晶体度（Grain 1, Grain 2）画面处形成并向晶体度中放出，时候与纳米技术孪晶和层错主动影响而有去孪晶化。不全位错(“┴”)也都可能在晶体度（Grain 3）中运功，时候在玻离-晶体度画面处被吸纳（位错湮灭）。色和天蓝色小球区分主要与位错互交性较多和少的氧原子团。虚线圆框主要与位错互交性的氧原子团的默认值区域。褐色的和色虚线区分主要主孪晶界和次级孪晶界。褐色的箭头符号提示了位错运功的走向。
小结
充分的用高熵耐热镁铝金属制类铝铝金属制质相的低层错能和微米规格耐热镁铝金属制类铝铝金属制质的波璃窗相的塑型形变流变攻击行为的主要优劣势，成功率开拓出结案合微米晶高熵相和微米规格耐热镁铝金属制类铝铝金属制质的波璃窗相的新技术微米晶胞-非晶双相高熵耐热镁铝金属制类铝铝金属制质。此种耐热镁铝金属制类铝铝金属制质的定制宗旨确认在Cr-Fe-Co-Ni高熵基体耐热镁铝金属制类铝铝金属制质中添加的波璃窗产生无素B和Si来达到。这某种微米规格耐热镁铝金属制类铝铝金属制质的波璃窗相包着二次搬运费硬度微米孪晶的组成部分可使人建材拥有4.1 GPa的二次搬运费刚度（确认挤压测试测定），但会介于了认识论削切刚度**。此近认识论刚度来自于某种单级強化格局，还有双相晶胞-非晶组成部分、操作界面-位错可视化交互功能、晶胞或者非晶相的微米级规格单元测试和晶胞相内的二次搬运费硬度孪晶。在塑型形膨胀变阶段中，非晶相的塑型形变流变、晶胞相内的不全位错体育运动或者应力应变导致的晶粒大小落实可使人耐热镁铝金属制类铝铝金属制质一体化拥有大过45%的不均塑型形膨胀变。这样发现了分享了确认综合高熵耐热镁铝金属制类铝铝金属制质、耐热镁铝金属制类铝铝金属制质的波璃窗和微米科学性来生成某种最新上线建材玩法的主要优劣势。这某种新技术耐热镁铝金属制类铝铝金属制质与微米组成部分的定制最简单的方法不光能够 使塑型形变最好的建材拥有近认识论刚度，但会能够 进一部作为有操作颜值的其余性。诸如最好的软带磁和**的热安稳性（见原稿获取建材）。因，这某种建材在高荷载微机电工程专业模式和软质带磁电子器件等领域有巨形的操作优势。
本论文由我们发表。