北理工在共格納米相強(qiáng)化高熵合金的組織調(diào)控與強(qiáng)韌化機(jī)制方面取得新進(jìn)展
發(fā)布日期：2021-07-28 供稿：材料學(xué)院 王亮
編輯：牟雪嬌 審核：金海波 閱讀次數(shù)：近日，北京理工大學(xué)材料學(xué)院高熵合金課題組在共格納米相強(qiáng)化高熵合金的組織調(diào)控與強(qiáng)韌化機(jī)制方面取得新進(jìn)展。金屬材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Acta Materialia》以“Precipitation and micromechanical behavior of the coherent ordered nanoprecipitation strengthened Al-Cr-Fe-Ni-V high entropy alloy”為題對(duì)該研究進(jìn)行了報(bào)道。北京理工大學(xué)材料學(xué)院博士生王林靜為第一作者，北京理工大學(xué)材料學(xué)院薛云飛教授和先進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院王亮博士后為共同通訊作者。
共格納米相強(qiáng)化高熵合金以其顯著的強(qiáng)韌化效果受到人們的廣泛關(guān)注。然而，該類合金的動(dòng)力學(xué)過(guò)程與微觀強(qiáng)韌化機(jī)制并不清楚，需要繼續(xù)深入研究，以揭示相關(guān)機(jī)理，指導(dǎo)組織調(diào)控。為此，課題組利用原位同步輻射高能X射線衍射技術(shù)并結(jié)合TEM等先進(jìn)分析技術(shù)，以課題組已開(kāi)發(fā)出的超強(qiáng)韌Al-Cr-Fe-Ni-V高熵合金為例，開(kāi)展了系統(tǒng)研究。
動(dòng)力學(xué)過(guò)程方面：發(fā)現(xiàn)形變驅(qū)動(dòng)力是實(shí)現(xiàn)高含量納米析出相的關(guān)鍵。與未變形+時(shí)效相比，冷變形+時(shí)效引入的L12相含量增加150%，同時(shí)L12相尺寸由~1000nm細(xì)化至~10nm。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)變形引入的密集變形帶可成為各組元的擴(kuò)散通道，有效提升L12相析出的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)遲滯擴(kuò)散效應(yīng)可限制元素?cái)U(kuò)散距離，促使組元發(fā)生納米尺度的偏聚。這種納米尺度的成分漲落誘發(fā)形成有序（L12共格納米相）-無(wú)序（FCC高熵基體）的共格納米結(jié)構(gòu)。
強(qiáng)韌化機(jī)制方面：發(fā)現(xiàn)高含量的有序-無(wú)序共格納米結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)優(yōu)異強(qiáng)度塑性匹配的關(guān)鍵。高含量L12納米相帶來(lái)合金強(qiáng)度顯著提升的同時(shí)，F(xiàn)CC-L12共格納米結(jié)構(gòu)有效縮短了FCC基體中位錯(cuò)擴(kuò)展的平均自由程，促使位錯(cuò)均勻形核，有利于合金發(fā)生均勻變形；此外，F(xiàn)CC-L12低錯(cuò)配共格界面保證位錯(cuò)可穿過(guò)L12相，有利于FCC-L12兩相協(xié)同變形，有效降低應(yīng)力集中，延緩微裂紋形成，保證了合金的良好塑性變形能力。
該工作從微觀尺度加深了對(duì)高熵合金的共格納米相析出過(guò)程和強(qiáng)韌化機(jī)制的基本理解，并建立了相關(guān)合金的工藝-組織-性能關(guān)系。為共格納米相強(qiáng)化高熵合金的微觀組織調(diào)控和力學(xué)性能優(yōu)化提供指導(dǎo)。
預(yù)變形對(duì)Al-Cr-Fe-Ni-V高熵合金中共格納米相析出行為的影響機(jī)制（a-b）以及合金的微觀變形行為（c-d）
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421005012
（DOI: 10.1016/j.actamat.2021.117121）
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