圖1:論文被選為《中國(guó)科學(xué)·材料》2019年第6期的封面，該圖說(shuō)明了具有化學(xué)無(wú)序結(jié)構(gòu)的高熵合金在深空探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

超低溫材料在深空探測(cè)、應(yīng)用超導(dǎo)和氣體工業(yè)領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。隨著聚變反應(yīng)堆領(lǐng)域和空間技術(shù)的進(jìn)步，針對(duì)高性能低溫材料的需求越來(lái)越迫切。高熵合金作為多主元合金（多種合金元素等比例或近似等比例組成）的代名詞，近些年引起研究人員的廣泛關(guān)注。由于其合金設(shè)計(jì)理念的不同，高熵合金被認(rèn)為具有突破傳統(tǒng)材料諸多性能極限的潛力。

日前，北京科技大學(xué)張勇教授課題組發(fā)表了題為“Excellent ductility of metastable CoCrFeNi high-entropy alloy at extremely low temperatures”的文章。文章深入研究了CoCrFeNi高熵合金的超低溫服役行為，發(fā)現(xiàn)液氦環(huán)境下孿晶主導(dǎo)的變形機(jī)制導(dǎo)致了鋸齒流變行為，變形孿晶和相變行為的共同作用導(dǎo)致了其優(yōu)異的力學(xué)性能。該研究成果作為封面論文發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)·材料（Science China Materials）》上。

北京科技大學(xué)張勇教授、鄭州大學(xué)任景莉教授為論文的通訊作者，北京科技大學(xué)博士生劉俊鵬（現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所博士后）、鄭州大學(xué)博士生郭曉向、澳大利亞悉尼大學(xué)博士后林青云和北京科技大學(xué)何戰(zhàn)兵教授為論文的共同第一作者。論文合作者還包括美國(guó)田納西大學(xué)Peter K Liaw教授、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所李來(lái)風(fēng)研究員、澳大利亞悉尼大學(xué)廖曉舟教授和安祥海博士、北京科技大學(xué)林均品研究員、謝璐博士和鄭州大學(xué)于麗萍博士。

圖2:CoCrFeNi高熵合金在不同溫度的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖3:不同金屬材料在4.2K時(shí)的拉伸強(qiáng)度-延伸率圖

圖4:美國(guó)國(guó)家航空航天局發(fā)射的機(jī)遇號(hào)、洞察號(hào)火星探測(cè)器和洞察號(hào)傳回地球的第一張圖片。（來(lái)自pixabay和百度圖片）

圖5:聚變反應(yīng)堆裝置示意圖

文章詳細(xì)研究了具有面心立方結(jié)構(gòu)的CoCrFeNi高熵合金的超低溫服役行為，結(jié)果顯示該合金在極低溫環(huán)境下，能夠保持高強(qiáng)度和極優(yōu)異的塑性，如圖2。歸根結(jié)底，這些優(yōu)異的綜合性能源于多組元合金極低的層錯(cuò)能，使變形孿晶在超低溫環(huán)境下大量出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致材料在極限溫度下保持高強(qiáng)高韌的特點(diǎn)。另外，文章還發(fā)現(xiàn)該合金在超低溫環(huán)境準(zhǔn)靜態(tài)拉伸時(shí)少量的FCC-HCP相變行為，說(shuō)明在極低溫環(huán)境且高應(yīng)力狀態(tài)下，HCP結(jié)構(gòu)的CoCrFeNi合金比FCC結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，加深了對(duì)高熵合金相穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí)。除此之外，高熵合金在液氦溫區(qū)拉伸時(shí)出現(xiàn)了鋸齒流變行為，作者認(rèn)為這種特異性的現(xiàn)象是由孿晶主導(dǎo)的變形機(jī)制引起的，且相變行為的出現(xiàn)導(dǎo)致了該鋸齒行為的不穩(wěn)定。

以上結(jié)果及圖表顯示，同傳統(tǒng)的金屬材料相比，高熵合金在極低溫環(huán)境結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域具有很強(qiáng)的工業(yè)應(yīng)用潛力。

原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40843-018-9373-y

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